太空中不断改变的运行工况,导致为航天器提供可靠电源极其困难。生物系统具有的一个特质就是动态平衡,可以使用多重备用原则来解决这一难题:多级结构和控制,功能多样性和划分,以及结构模块化。
例如,轨道站的供电系统 (PSS) 包含具有多级控制结构的替代能源。为了体现模块化和分区功能的原则,一般控制区被划分为不同的主动控制区,彼此互不重叠。功能分区、模块化和结构层级,排除了系统故障级联增加的可能性,确保在不同的飞行模式下,能够不间断的为空间站提供电源。
图中显示了用于航天器的供电系统的总体结构。
对于轨道航天器来说www.cechina.cn,要想实现可靠电源的供应并不容易。这主要是因为太阳能电池上,即使设计有多个冗余的供电系统,也会因为光通量密度、温度变化和阴影等方面的原因,造成电源供应明显的波动。
供电系统的设计和开发经验表明,根据目前的飞行条件,需要主动对运行模式进行重组,并使模块相互作用控制工程网版权所有,也就是说需要更好的控制。
供电系统的设计,需要构建通用原则,并建立在使用某种方法解决设计问题、创建自主供电系统的成功经验的基础之上。基于生物系统的功能CONTROL ENGINEERING China版权所有,提出了一种多备用结构的概念。生活社区可以在不断变化的环境中维持相对稳定,这是一种动态平衡。
多重备用电源控制系统的设计运用到的概念包括:多样性原则、分区功能、多层次原则和模块化设计。国际空间站俄罗斯部分的供电系统就是应用这些原则的范例。它应用了主要系统模块的数学和仿真模型的结果,并研究在关键功能模式中应用多替代原则的过程。主供电系统的子系统包括:
●太阳能电池www.cechina.cn,主要能量来源。
●位于空间站外部设备上的高压电源,是次要能量来源。
●电化学蓄电池,在系统电源过剩时蓄电,系统电源不足时放电。
多层级控制
对空间站自主供电系统的关键运行方式进行了分析,结果表明,在多备用控制进化原则的基础上,实现了对象系统的生存。
●根据当前情况,通过转移控制权以及在各子系统之间、各系统内部的电源分配www.cechina.cn,实现了多层次创建系统行为策略的多样性。
●模块化降低了紧急情况和故障级联的可能性(技术连接范畴)。
●功能分区确保了有限功能受控控制通道的高效率。
在这些原则的基础上,对供电系统的能量和信息流进行主动重定向,并实现在极端情况下子系统功能的策略变化。