MODELING AND ANALYSIS OF SYSTEM STABILITY FOR SOLAR BATTERY ENERGY CONVERSION IN A SPACE STATION
Authors: Тищенко А.К. , Васильев Е.М. , Тищенко А.О. 
Published: September 2024

решается задача обеспечения устойчивости систем преобразования энергии солнечных батарей космических станций. Проведён анализ содержания решаемой задачи, и отмечено, что в крупных космических аппаратах системы электропитания характеризуются присутствием разветвлённой кабельной сети, обладающей индуктивным сопротивлением, и наличием каскада фильтров низкой частоты, приводящим к высокому динамическому порядку системы регулирования. Указано, что в системах с шунтирующим преобразователем, управляемым широтно-импульсным модулятором, следует учитывать принципиально неустранимую нелинейность его статической характеристики типа «насыщение». Построена имитационная модель системы преобразования энергии с учётом указанных особенностей. Приведён пример синтеза системы на основе её упрощённой линеаризованной модели, подтверждающий, что в рамках этой модели достаточно ограничиться регулятором со звеном изодрома и обеспечить при этом приемлемые запасы устойчивости. Показано, что в случае существования в системе запаздывания по времени, а также при наличии дополнительных корректирующих звеньев в регуляторе полученные на линеаризованной модели оценки устойчивости становятся неверными, и требуется проводить анализ системы с учётом её нелинейности. Получены условия жёсткого возникновения автоколебаний в нелинейной системе, продемонстрирован их характер, и даны рекомендации по формированию частотных характеристик системы, исключающих возникновение этих колебаний

the problem of ensuring the stability of energy conversion systems for solar batteries of space stations is being solved. An analysis of the content of the problem being solved was carried out, and it was noted that in large spacecraft, power supply systems are characterized by the presence of an extensive cable network with inductive reactance, and the presence of a cascade of low-frequency filters, leading to a high dynamic order of the control system. It is indicated that in systems with a shunt converter controlled by a pulse-width modulator, the fundamentally irremovable nonlinearity of its static characteristic of the “saturation” type should be taken into account. A simulation model of the energy conversion system was built taking into account these features. An example of system synthesis based on its simplified linearized model is given, confirming that within the framework of this model it is sufficient to limit ourselves to a regulator with an isodrome link, and at the same time ensure acceptable stability margins. It is shown that if there is a time delay in the system, as well as if there are additional corrective links in the controller, the stability estimates obtained on the linearized model become incorrect, and it is necessary to analyze the system taking into account its nonlinearity. The conditions for the severe occurrence of self-oscillations in a nonlinear system are obtained, their nature is demonstrated, and recommendations are given for the formation of frequency characteristics of the system that exclude the occurrence of these oscillations