洛·马公司使用多域动力系统模型模拟猎户座飞船任务

几年前，洛克希德·马丁公司的工程师利用微软为美国宇航局的星座计划开发了一个电力系统模型^®Excel^®和Visual Basic^®应用程序(VBA)。然而，当工程师试着检查越来越多的测试用例时，模型变慢了，有时还会崩溃。由于这是一个单节点电源模型，该团队无法使用它来评估整个系统的电压降或评估电能质量要求。

洛·马公司需要创建“猎户座”动力系统的多节点模型，包括其发电、存储和配电组件，然后运行仿真以验证设计、测试故障条件、验证系统性能并执行任务分析。他们想要一个可视化的模型，这样他们的NASA同事就可以立即理解，而不必检查底层代码。

洛克希德·马丁公司的工程师们使用Simulink和Simsca万博1manbetxpe electric为猎户座飞船的动力系统建模和模拟。

为了模拟太阳能电池阵列，该团队创建了一个用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，该模型考虑了每个机翼的电池数量，太阳能阵列的指向角度，阴影和热效应，如太阳，行星红外和反照率。性能退化因素，如辐射、污染和与微流星体和轨道碎片的碰撞也被考虑在内。

接下来，该团队使用来自Simscape Electrical组件库的标准块和使用Simscape语言开发的自定义块的组合创建了一个锂离子电池模型。该模型考虑了电池的迟滞效应、温度和电池的充电状态。

继续使用Simscape语言，该团队创建了一个自定义电源负载块，以模拟航天器的推进、制导和其他系统在整个任务中开关时产生的不同负载。使用集成电力系统模型，该团队对各种任务进行了模拟。他们监测任务和负载变化，以评估开发过程中的功率影响，模拟故障场景，包括电池故障、开关卡住以及上升和轨道阶段的太阳能电池阵列故障。结果被用于指导任务机会的开发和失败案例的协议。

他们还模拟了许多任务配置文件，以确保太阳能电池阵列和电池的大小正确，并预测电力系统在长达数小时的日食场景下的表现。这些模拟的输入是由MATLAB生成的命令系统状态和负载分布的时间线^®．

使用MATLAB，该团队对模拟结果进行了后处理和可视化，并与NASA国际空间站内部电力系统模拟器生成的结果进行了验证。

• 开发时间缩短了三分之二。Hernandez说:“与使用VBA相比，使用Simscape Electrical和Simscape语言，我们将开发Orion电力系统模型所需的时间缩短了约三分之二。”“《Simscape》很简单;它使我们能够比VBA更快、更有效地创建定制组件。”
• 建立可重用组件库。Hernandez说:“我们已经用Simscape创建了一个定制组件库，其中包括配电组件以及电气、热和轨道力学模块。“在EM-1中重用EFT-1中的几个组件，使我们能够对项目进行快速周转评估。”
• 最小化低级代码。“有了Sim万博1manbetxulink和Simscape Electrical，我不需要写更多的代码来数值求解方程组。我构建自定义块，以图形方式连接它们，然后让求解器完成它的工作，”Hernandez说。“和我一起工作的NASA工程师喜欢Simscape模型，因为这些模型比低级代码更直观。”