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NASA的星座计划开发了一个动力系统模型^®Excel^®和Visual Basic^®应用程序(VBA)。然而，当工程师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电源模型，团队不能使用它来评估整个系统的电压下降或评估电能质量要求。

洛·马公司需要创建“猎户座”电力系统的多节点模型，包括其发电、存储和配电组件，然后运行模拟以验证设计、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，NASA的同事们可以立即理解，而不必检查低级代码。

洛·马公司的工程师使用Simulink和Simscape电气对万博1manbetx猎户座飞船的动力系统进行建模和模拟。

为了对太阳能电池阵列建模，该团队创建了一个用Simscape™语言编写的定制太阳能电池模型。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。此外，还考虑了辐射、污染和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电气组件库的标准块和使用Simscape语言开发的定制块的组合创建了一个锂离子电池模型。该模型考虑了电池迟滞效应、温度和电池充电状态。

继续使用Simscape语言，该团队创建了一个自定义电源负载块，以模拟飞船的推进、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，该团队对各种任务剖面进行了模拟。他们监测任务和负载的变化，以评估开发过程中的电力影响，模拟故障场景，包括电池故障、开关卡死和在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剖面，以确保太阳能电池阵列和电池的尺寸正确，并预测电力系统在长达数小时的日食场景中的运行情况。这些模拟的输入是用MATLAB生成的命令系统状态的时间线和负载分布^®．

利用MATLAB，该团队对模拟结果进行了后处理和可视化，并与NASA的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。“与使用VBA相比，使用Simscape electric和Simscape语言，我们将开发Orion电力系统模型所需的时间减少了约三分之二，”Hernandez说。“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。“我们用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，”Hernandez说。在EM-1中重用EFT-1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，我就不用写更多的代码来数值求解方程组了。我构建自定义块，用图形连接它们，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。”