Lockheed Martin使用多麦田电力系统模型模拟Orion SpaceCraft任务

挑战

模拟Orion SpaceCraft的电力系统以验证设计,测试故障条件和验证系统性能

解决方案

使用Si万博1manbetxmulink和Simscape Electrice模型太阳能阵列,电池和完整的系统,并为各种任务配置文件运行模拟

结果

  • 开发时间削减三分之二
  • 建立可重用组件库
  • 低级编码最小化

“有了电的Simscape我们创建了一个连接的电气和热领域,所以我们得到在我们的使命级仿真全貌的综合电力系统模型。如果我们需要的是把太阳能电池阵列的电机模型,我们有能力整合这些机械部件,太“。

Hector Hernandez,洛克希德马丁

美国宇航局的猎户座宇宙飞船。


美国宇航局猎户座飞船将能够承载人类深空目的地,包括火星。猎户座计划已经成功地完成了在地球轨道上的探索飞行测试1(EFT-1)使命,洛克希德·马丁公司的工程师们在乘员舱的工作探测任务1(EM-1),环绕月球的无人飞行。

四个太阳能阵列和四个锂离子电池组件将为Orion航天器寿命支持,推进,指导和其他系统供电。万博1manbetx为确保这些系统在冗长的深度空间任务上进行足够的电力,洛克希德马丁工程师使用使用Simulink开发的Orion Power系统的模型运行模拟万博1manbetx®和电气的Simscape™。

“我们在Simulink中创建的MultiLode电源模型使我们能够使用先前使用的万博1manbetx单节点模型来运行更大的保真度,而我们以前使用的单节点模型可以运行,”洛克希德马丁的Orion铅电力系统分析师赫克隆埃尔纽德斯说。“Simscape Electrical使得为全电网更容易模拟并模拟更现实的行为。我们现在有能力测量各种组件上的电压下降,这使我们更深入了解系统的电能质量。“

挑战

几年前,洛克希德马丁工程师使用微软开发了NASA的星座计划的电力系统型号®excel.®和Visual Basic®应用程序(VBA)。由于试图检查越来越多的测试案例的工程师,然而,该模型放缓,偶尔会崩溃。因为它是一个单节点功率模型,球队不能使用它在整个系统评估电压下降或评估电能质量的要求。

洛克希德·马丁公司需要创建猎户座电力系统的多节点模型,包括它的发电,储存和分发组件,然后运行仿真来验证设计,测试故障情况,验证系统性能,并进行任务分析。他们想要一个可视化的模型,他们的NASA的同事们立即明白,无需审查底层代码。

猎户座电力系统模型。该模型使工程师能够模拟许多任务配置文件,以验证系统性能和功能。

解决方案

洛克希德马丁工程师使用Simulink和Simscape El万博1manbetxectrice模型,并模拟Orion SpaceCraft的电力系统。

为了模拟太阳阵列,团队创建了一种以Simscape™语言编写的自定义太阳能电池模型。为了计算阵列的精确电流 - 电压(iv)曲线,该模型考虑了每个翼的单元的数量,太阳能阵列的指向角度,阴影和热效应,如太阳能,行星红外和反照。还考虑了诸如辐射,污染和碰撞和微晶体和轨道碎片的辐射,污染和碰撞等性能劣化因子。

接着,团队创建使用使用的Simscape语言开发的从电气的Simscape组件库标准块和定制模块的组合的锂离子电池的模式。该模型考虑了电池滞后效应,温度和电池的充电状态。

继续与语言的Simscape工作,球队为了他们打开和关闭整个任务来模拟飞船的推进,指导所产生的负载变化,和其他系统上创建自定义电源负载块。使用集成的电力系统模型,团队跑了模拟的各种任务特征。他们监视任务和负载变化开发期间,以评估功率的影响,模拟故障情况,包括电池故障,卡住开关,并且在上升和轨道相位的太阳能电池阵列的故障。结果被用来指导任务的机会和协议的发展失败的案例。

他们还模拟了许多任务型材,以确保正确的情况下大小正确,并项目在小时长的日食方案期间如何执行电力系统。这些模拟的输入是命令系统状态和使用MATLAB生成的加载配置文件的时间表®

使用MATLAB,球队后处理和可视化仿真结果,他们对验证NASA的内部电源系统模拟器为国际空间站产生的结果。

结果

  • 开发时间削减三分之二。“通过Simscape Electric和Simscape语言,与使用VBA相比,将Orion Power System Model的时间减少了大约三分之二的时间,”Hernandez说。“Simscape很简单;它使我们能够更快地创建自定义组件,而不是VBA更高效。“
  • 可重用的组件库建立。“我们已经创造了的Simscape包括配电组件,以及电,热和轨道力学块的自定义组件库,”埃尔南德斯说。“重用几个组件从EFT-1 EM-1使我们能够进行快速周转评估的程序。”
  • 低级编码最小化。“通过Sim万博1manbetxulink和Simscape电气,我不必在数字解决方程系统中编写更多代码。我构建了自定义块,以图形方式连接,让求解器完成工作,“Hernandez说。“美国宇航局的工程师我与Simscape模型一起工作,因为模型比低级代码更直观。”

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