洛克希德·马丁公司使用多域电力系统模型模拟猎户座航天器任务

几年前，洛克希德·马丁公司的工程师利用微软公司为美国宇航局的星座计划开发了一个电力系统模型^®擅长^®和Visual Basic^®应用程序(VBA)。然而，当工程师们试图检查越来越多的测试用例时，模型变慢了，偶尔还会崩溃。因为它是一个单节点功率模型，团队不能使用它来评估整个系统的电压降或评估电能质量要求。

洛克希德·马丁公司需要创建Orion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，让NASA的同事们不用检查底层代码就能立即理解。

洛克希德·马丁公司的工程师使用Simulink和Simscap万博1manbetxe Electrical对猎户座航天器的电源系统进行建模和仿真。

为了对太阳能电池阵列进行建模，该团队创建了一个用Simscape编写的定制太阳能电池模型™ 语言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、阴影和热效应，如太阳、行星红外和反照率。还考虑了辐射、污染以及与微流星体和轨道碎片的碰撞等性能退化因素。

接下来，该团队使用来自Simscape电气组件库的标准模块和使用Simscape语言开发的定制模块的组合创建了锂离子电池模型。该模型考虑了电池滞后效应、温度和电池充电状态。

为了继续使用Simscape语言，该团队创建了一个定制的电源负载块，以模拟航天器推进、制导和其他系统在整个任务中开关时产生的变化负载。利用集成电力系统模型，该团队对各种任务剖面进行了模拟。他们监测任务和负载变化，以评估开发期间的电力影响，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阵列故障。这些结果被用于指导任务机会的开发和失效案例的协议。

他们还模拟了许多任务剖面图，以确保太阳能阵列和电池的尺寸正确，并预测电力系统在数小时的日食场景中的运行情况。这些模拟的输入是命令系统状态的时间线和用MATLAB生成的负载剖面图^®.

该团队使用MATLAB对仿真结果进行后处理和可视化，并与美国宇航局国际空间站内部动力系统模拟器生成的结果进行验证。

• 开发时间缩短了三分之二。“使用Simscape Electrical和Simscape语言，与使用VBA相比，我们开发猎户座动力系统模型所需的时间减少了约三分之二，”Hernandez说。“Simscape非常简单；它使我们能够比使用VBA更快、更高效地创建自定义组件。”
• 建立了可重用组件库。Hernandez说:“我们已经用Simscape创建了一个定制组件库，其中包括电源分配组件以及电气、热和轨道力学组件。在EM-1中重用EFT-1中的几个组件，使我们能够对该项目进行快速周转评估。”
• 低级别编码最小化。“使用Sim万博1manbetxulink和Simscape Electrical，我不必编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，让解算器完成工作，”Hernandez说。“与我一起工作的NASA工程师喜欢Simscape模型，因为模型比低级代码更直观。”