Об абсолютной устойчивости процессов в имитаторах солнечных батарей

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

3. Логанов А. А., Соколов М. И. Оценка резервов повышения эффективности конструкций агрегатов терморегулирования модуля служебных систем космических аппаратов // Авиакосмическое приборостроение. 2007. № 10. С. 41−44.
Сведения об авторах
Александр Анатольевич Логанов — канд. техн. наук- ОАО «Информационные спутниковые системы& quot- им.
акад. М. Ф. Решетнёва, Железногорск, Красноярский край- E-mail: loganov@iss-reshetnev. ru Эдуард Магазович Ямашев — канд. техн. наук- ОАО «Информационные спутниковые системы& quot- им.
акад. М. Ф. Решетнёва, Железногорск, Красноярский край- E-mail: yamashev@iss-reshetnev. ru
Рекомендована ОАО «ИСС& quot- Поступила в редакцию
19. 11. 10 г.
УДК 681. 333
Е. А. Мизрах, А. С. Сидоров
ОБ АБСОЛЮТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ПРОЦЕССОВ В ИМИТАТОРАХ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ
Рассмотрены условия абсолютной устойчивости процессов в имитаторах солнечных батарей. Показано, что абсолютная устойчивость процессов определяется соотношением адмитанса имитатора и адмитанса нагрузки.
Ключевые слова: имитатор солнечной батареи, абсолютная устойчивость процессов, нелинейные системы, адмитанс имитатора.
Имитаторы солнечных батарей (ИСБ) получили широкое распространение при наземных экспериментальной отработке и испытаниях энергопреобразующей аппаратуры космических аппаратов (КА). Имитаторы С Б с формированием вольт-амперных характеристик (ВАХ) по цепи обратной связи [1, 2] представляют собой сложные многоконтурные нелинейные динамические системы и характеризуются следующими особенностями, существенно влияющими на устойчивость процессов в имитаторах:
— внешняя характеристика ИСБ является нелинейной функцией, имитирующей ВАХ солнечной батареи-
— внешняя характеристика ИСБ искажается при имитации изменений освещенности, температуры и других факторов околоспутниковой среды, являющихся функциями времени, что требует анализа работы имитатора СБ как нестационарной нелинейной системы.
Вопросы обеспечения устойчивости работы ИСБ при широкодиапазонном регулировании ВАХ и нагрузки изучены недостаточно. Цель настоящей статьи — решение задачи абсолютной устойчивости процессов в имитаторах СБ как частного случая нестационарных нелинейных систем.
Для анализа абсолютной устойчивости процессов в имитаторах СБ, имеющих нелинейные нестационарные ВАХ /ИСБ (и, 0, предложено применить критерий абсолютной устойчивости процессов в нелинейных САУ, разработанный Наумовым и Цыпкиным [3].
В работе [1] показано, что ИСБ наиболее рационально выполнять в виде стабилизатора тока с функциональной обратной связью по напряжению. Данную структуру можно разделить на две группы: ИСБ последовательного типа (рис. 1, а), ИСБ параллельного типа (рис. 1, б) [4].
ИСБ последовательного типа содержит стабилизатор тока, в котором источник питания (ИП), усилитель мощности (УМ) и нагрузка (Н) включены последовательно, а ИСБ парал-
лельного типа содержит стабилизатор тока, в котором ИП, УМ и Н включены параллельно. Стабилизаторы тока состоят из ИП, УМ, измерителя тока (ИТ) и усилителя-сумматора (УС). Источником питания ИСБ последовательного типа является источник напряжения, а ИСБ параллельного типа — источник тока. Усилитель мощности осуществляет регулирование тока нагрузки. Устройство функциональной обратной связи (УФОС) воспроизводит ВАХ (статическую характеристику) солнечной батареи /св (иН) и описывается выражением иэт (иН)=КИТ/сБ (иН), где коэффициент передачи измерителя тока КИТ — масштабный коэффициент. Усилитель-сумматор осуществляет сравнение эталонного напряжения иэт и напряжения иИТ, а также обеспечивает требуемый коэффициент передачи в контуре стабилизации тока.
а)
Пу
б)
Рис. 1
В работе [5] показано, что малосигнальную модель УФОС можно представить в виде произведения дифференциального коэффициента передачи Кфос (ино) = диэт/динП _и _
н н 0
_ Кит д/нсв/дин |и _и, зависящего от точки линеаризации иН0 на ВАХ ИСБ, и передаточ-
ин _и н0
ной функции ЖФОС (^) с единичным коэффициентом передачи, постоянные времени которой не зависят от точки на ВАХ.
Согласно рис. 1, а система уравнений для приращений переменных имеет следующий
вид:
лиИП _ лиН + лиИТ + ли™ + ли

ИТ
УМ
'-7
(1)
лиэт _ -КФОС (иН0)ШФОС (ФиН-
ли УС _ Жуе (5) (лиэт -лииТ) —
л/Н _ ЯУМ (5)лиУС + УуМ (5)лиУМ-
ли7ИП _ 7ИП (5)л/н-
лиИТ _ КИТл/Н-
лиН _ 7Н (5)л/Н,
где Шус ($) — передаточная функция усилителя-сумматора- ШУМ (5) — передаточная функция усилителя мощности по управлению- 7Н (^) — импеданс нагрузки- 7УМ (^) — полная выходная проводимость (адмитанс) усилителя мощности, 7ИП (^) — импеданс источника питания.
Системе (1) соответствует функциональная схема ИСБ (рис. 2), в передаточной функции которого, согласно критерию Наумова — Цыпкина, необходимо выделить линейную часть (ЛЧ). Передаточная функция ЛЧ имеет вид
лиФОС (5) _ФОС (5)Шуе (5)Жум (5)7Н (5)
посд (_ '-
лиэт (5) 1 + Шуе (5)Шум (5)Кит + Гум (5)(Кит + 7ип (5)) + 7Н (5)7ум (5)
В соответствии с критерием Наумова — Цыпкина для абсолютной устойчивости процессов в ИСБ последовательного типа достаточно, чтобы линейная часть системы была устойчива, а частотная характеристика Л Ч Жпосл (/ш) удовлетворяла для всех частот ш& gt-0 условию
К^посл О)) ±1- ^ 0
K
ФОС max
или
Яе (Кюс шахШпосл О)) ^ -1, (2) где Кфос шах — максимальное значение дифференциального коэффициента передачи устройства_фОС_

АПо
АПус ^
Wyc (s) WyM (s)

А/
УМ1
АП,
кфос (пно) АПфос WrocOs)

А/
УМ2
Ки
АПи
А/н
Zh (S)
АПн

АПи
АПхш ^ Zrn (s) —
YyM (s)
АПУ
Рис. 2
При воспроизведении конкретной ВАХ коэффициент Кфос достигает максимума в режиме холостого хода [5], т. е.
КФОС max = КФОС (Пх.х) • (3)
При имитации изменений освещенности, температуры и т. п. величина Кфос max может
изменяться и достигать наибольшего значения для ВАХ с параметрами /к.з max и Пхх min.
Динамические свойства имитаторов СБ принято характеризовать полным выходным сопротивлением (проводимостью), т. е. импедансом или адмитансом, которые, естественно, должны воспроизводить полное внутреннее сопротивление СБ. Между адмитансом имитатора и условием абсолютной устойчивости процессов существует связь.
Исключив из функциональной схемы (см. рис. 2) звено ZH (s), получим, что адмитанс ИСБ последовательного типа определяется выражением
А/н (s) = *ум (s) + Кфос (Uн Жюс (s)Wyc (s)WyM (s)
*посл (s, UН) ='-
(4)
А^Н (5) 1 + Шуе (*)Жум (5) Кит +УМ (*) (ИТ +ИП (*)) Разделив в уравнении (4) почленно числитель на знаменатель, представим адмитанс ИСБ последовательного типа в виде суммы двух слагаемых:
посл (5 иН) =ст (+ФОС (Я, иН), где Уст (^) — адмитанс стабилизатора тока:
7ст (s) =
YyM (s)
1 + Wyc (s)WyM (s) Кит +W (s) (Кит + ?ИП (s)) Yroc (s, Пн) — адмитанс, вносимый устройством ФОС:
Кфос (Пн Жфос (s)Wyc (s)WyM (s)
(5)
(6)
7фОС (^ иН) 1 + Шуе (5)Шум (5) Кит +ум (5) ((г +ИП (5)) Введем понятие нормированной передаточной функции:
(7)
Шн. посл (5) _ КФОС шах^посл (5) _
Шуе (5)Шум (5)7н (5)Шфос (5)Кфос (их. х)
(8)
1 + Шуе (5)Шум (5)Кит + Гум (5) ((т + 7ип (5)) + 7н (5)Гум (5)'-
при этом условие абсолютной устойчивости процессов принимает вид
К-е (Ш» С/®)) & gt--1. (9)
Выделяя из знаменателя уравнения (8) выражение 1 + Шуе (5)Шум (5)Кит +
+Гум (5) ((ит + 7ип) и учитывая формулы (6), (7), получаем для режима холостого хода
связь нормированной передаточной функции с адмитансными характеристиками подсистем имитатора СБ и нагрузки:
Гфос (5,их.х)

. (5) _
Гст (5) + Гн (5)
Подставляя уравнение (10) в (9), получаем
Яе
ГФОС 0, их. х)
& gt--1.
(10)
(11)
/ст (/ю) + ГН О^
Условие (11) показывает, что абсолютная устойчивость процессов в системе ИСБ-Н зависит от соотношения адмитанса имитатора и адмитанса нагрузки.
Рассмотрим абсолютную устойчивость процессов в ИСБ параллельного типа. Согласно рис. 1, б система уравнений в этом случае имеет следующий вид:
л/ип _ гип (5)лиум +л/ум +л/н — лиэт _ -Кфос (ино)шфос (5)лин —
ли УС _ Шус (5) (лиит -лиэт) —
л/ум _ шум (5)лиус + Гум (5)лиум- ли ум _лин +лиит —
лиит _ Китл/н, лин _ 7н (5)л/н.
Этой системе соответствует функциональная схема, представленная на рис. 3.
лПо Шус (5) 0. иус Шум (5) ?-& quot-УМ1 «с
*
лПэ
кфос (пно)
лПф
Шфос (^)
л/у
л/УМ2
Ки
лии
л/н
л/и
7ф)
лПн
ГУМ (я)
л/

Гип
Гип (^)
лиУ
лПи
Рис. 3
Проведя аналогичные приведенным выше рассуждения для ИСБ параллельного типа, получим, что передаточная функция ЛЧ определяется как
шфос (5)шус (5)шум (5)7н (5)
Ш (5) __
пар ^ 1 + шуе (5)шум (5)кит + кж (гум («) + (5)) + 7н (5) (гум (5) + (5))
Адмитанс ИСБ параллельного типа имеет следующий вид:
Y (sU) — А/н) — yym (s) + Кфос (Uh)^фос (s WW (s) WyM (s) + Ym (s) па '- AUh (s) 1 + Wye (s)WyM (s) Кит + Кж ((s) + гид (s)) ^ -
Разделив почленно в уравнении (13) числитель на знаменатель, представим адмитанс ИСБ параллельного типа в виде суммы трех слагаемых:
Гпар (s, Uh) — Гст (s) + Гфос (s, Uh) + Ynp (s), (14)
где
ГУМ (s)
Гст (s) —
ГФОС (s, UН) —
1 + Wye (s)WyM (s) Кит + Кит (ум (s) + Гид (s)) Кфос (Uh)Wфoc (s)Wye (s)WyM (s)
1 + Wye (s)WyM (s) Кит + Кит (ум (s) + Гид (s)) а Yпр (s) — адмитанс источника питания, приведенный к выходу ИСБ:
Y (s) -_Гип (s)_
пр W 1 + Wye (s)WyM (s) Кит + Кит (ум (s) + Гид (s)) Нормированная передаточная функция для ИСБ параллельного типа имеет следующий
вид:
W,^ (s) — Кфос max Wnap (s) — YY () • (15)
Гст (s) + Гпр (s) + YH (s)
Подставляя уравнение (15) в (9), получаем
(v (jmU) Л
Re
ГФОС (j, Uх. х)
& gt--1. (16)
7СТ + уш С/'-ю) + Ун 0ю)) Условие (16) аналогично условию (11), т. е. независимо от структуры ИСБ абсолютная устойчивость в системе ИСБ-Н определяется соотношением адмитанса имитатора и адми-танса нагрузки.
Для сравнения запишем условие абсолютной устойчивости процессов в системе солнечная батарея-нагрузка:
Г ул (ихх) ^
Ке -дч — & gt--1, (17)
^ Ус О) + Ун (7®))
где приняты следующие параметры СБ [6]: Уд (и) = 3/СБ (и)/ди — дифференциальная проводимость, Ус (= ССБ ^ - емкостная проводимость, Ссб — емкость СБ.
Сравнивая уравнения (11) и (17), получаем условия соответствия адмитансов ИСБ последовательного типа и СБ:
УФОС (.М их. х) = Уд (их.х X'-1 (18)
Уст 0'-ю) = УС ОУ I
Сравнивая уравнения (16) и (17), получаем условия соответствия адмитансов ИСБ параллельного типа и СБ:
УФОС (.М их. х) = Уд (их.х), 1 (19)
Уст О) + Уип (7®) = ?С (7®)./ Полученные условия (18) и (19) позволяют сформулировать требования к адмитансам подсистем имитаторов солнечных батарей исходя из условий эквивалентности абсолютной устойчивости процессов в системах ИСБ-Н и СБ-Н.
Работа выполнена в рамках реализации Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России& quot- на 2009−2013 гг.
Идентификация марок сплавов с использованием методов неразрушающего контроля 33
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Мизрах Е. А. О выборе структуры имитатора первичного источника электроэнергии космического аппарата // Вестн. Сиб. гос. аэрокосм. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнёва / Под ред. Г. П. Белякова. Красноярск, 2002. Вып. 3.
2. LloydS. H., Smith G. A., InfieldD. G. Design and construction of a modular electronic photovoltaic simulator // Proc. of the 8th Intern. Conf. on Power Electronics and Variable Speed Drives, London, UK, Sept. 2000. P. 120−123.
3. Наумов Б. Н. Теория нелинейных автоматических систем. Частотные методы. М.: Наука, 1972. 544 с.
4. Мизрах Е. А., Сидоров А. С. Исследование имитатора солнечных батарей с параллельным непрерывным усилителем мощности // Вестн. Сиб. гос. аэрокосм. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнёва / Под ред. Г. П. Белякова. Красноярск, 2007. Вып. 4(17). С. 4−8.
5. Мизрах Е. А., Петунин В. М., Сидоров А. С. Проектирование быстродействующего устройства функциональной обратной связи для имитаторов солнечных батарей // Там же. 2010. Прил. к вып. 31.
6. Раушенбах Г. Справочник по проектированию солнечных батарей: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1983. 360 с.
Сведения об авторах
— канд. техн. наук, профессор- Сибирский государственный аэрокосмический университет им. акад. М. Ф. Решетнёва, кафедра систем автоматического управления, Красноярск- E-mail: enis-home@mail. ru
— Сибирский государственный аэрокосмический университет им. акад. М. Ф. Решетнёва, кафедра систем автоматического управления, Красноярск- ст. преподаватель- E-mail: aladdin_sane@mail. ru
Поступила в редакцию 19. 11. 10 г.
УДК 616−073. 75 + 621. 791. 92
А. Н. Кашубский, Г. Г. Крушенко
ИДЕНТИФИКАЦИЯ МАРОК СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДОВ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
Представлена комплексная методика идентификации марок сплавов при входном и пооперационном контроле металлоизделий, используемых в составе высокоэнергетических силовых установок. Основу разработанной методики составляют три метода неразрушающего контроля: с помощью определения термоЭДС, вих-ретоковый и магнитный методы.
Ключевые слова: идентификация, сплавы, дефекты, неразрушающие методы контроля, рентгенография.
При создании сложных и наукоемких изделий, широко используемых в ракетно-космической технике, особо важное значение имеют процессы испытания и контроля, цель которых — обеспечение гарантийной надежности летательных аппаратов (ЛА) [1].
При производстве деталей, используемых в силовых агрегатах ЛА, применяется широкий диапазон сплавов, что требует проведения входного и пооперационного контроля поставляемой на предприятие металлопродукции на предмет ее соответствия технической документации.
Надежным методом идентификации сплавов мог бы стать химический анализ, однако если его проведение допустимо на исходной металлопродукции в виде заготовок, то контроль готовых изделий таким методом не представляется возможным вследствие нарушения их целостности. В связи с этим для идентификации марок сплавов применяются экспресс-методы
Енис Аврумович Мизрах
Александр Сергеевич Сидоров
Рекомендована СибГАУ

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой