Моделирование имитатора солнечных батарей с каскадным включением импульсного и непрерывного усилителей мощности

Таблица 2 Библиографический список

1. Akira, M. In-orbit deployment performance of large satellite antennas / M. Akira // J. Spacecraft and Rockets. 1996. Vol. 33. № 2. P. 222-227.

2. Lai, C.-Y. Deployable membrane reflectors with offset configuration /C.-Y. Lai, S. Pellegrino // AIAA Pap. 1999. № 1477. P. 1-9.

3. Pellegrino, S. Deployable membrane reflectors / S. Pellegrino // Proc. 2nd World Engineering Congr., 2225 July 2002, Sarawak, Malaysia. Sarawak, 2002. P. 1-9.

4. Tan. L. T. Design & manufacture of stiffened spring-back reflector demonstrator / L. T. Tan, O. Soykasap, S. Pellegrino // Proc. 46th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conf., 18-21 Apr. 2005, Austin, Texas. Austin, 2005. P. 1-11. (AIAA-2048).

5. Лопатин, А. В. Моделирование сетчатой спицы зонтичной параболической антенны / А. В. Лопатин, М. А. Рутковская // Наука. Промышленность. Оборона : материалы Рос. науч.-техн. конф. Новосибирск, 2003. С. 13-14.

6. Vasiliev. V. V. Mechanics of Composite Structures / V. V. Vasiliev. Washington : Taylor & Francis, 1993.

A. V. Lopatin, M. A. Rutkovskaya

THE OPTIMAL CHOICE OF ELASTIC AND DESIGN PARAMETERS THIN-WALLED SPOKE OF THE BIG SPACE UMBRELLA TYPE ANTENNA

The optimal choice of elastic and design parameters thin-walled spoke of the big space umbrella type antenna is considered. The design should satisfy bending stiffness required to deploy antenna and net tension both during orbital exploitation and ground test.

Принята к печати в ноябре 2006 г.

n №

8 12 24 32

1,0 4,19 3,78 3,60 3,48

1,1 4,40 3,97 3,78 3,65

1,2 4,59 4,14 3,95 3,81

1,3 4,78 4,32 4,11 3,97

1,4 4,96 4,48 4,27 4,12

1,5 5,14 4,64 4,42 4,27

1,6 5,31 4,80 4,57 4,41

1,7 5,48 4,95 4,71 4,55

1,8 5,64 5,09 4,85 4,68

1,9 5,80 5,24 4,99 4,81

2,0 5,96 5,38 5,12 4,94

2,1 6,11 5,51 5,25 5,07

2,2 6,26 5,65 5,38 5,19

2,3 6,40 5,78 5,50 5,31

2,4 6,54 5,91 5,63 5,43

2,5 6,68 6,03 5,75 5,55

2,6 6,82 6,16 5,87 5,66

2,7 6,96 6,28 5,98 5,77

2,8 7,09 6,40 6,10 5,88

2,9 7,22 6,52 6,21 5,99

3,0 7,35 6,63 6,32 6,10

УДК 681.333

Е. А. Мизрах, А. С. Сидоров

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИМИТАТОРА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ С КАСКАДНЫМ ВКЛЮЧЕНИЕМ ИМПУЛЬСНОГО И НЕПРЕРЫВНОГО УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

Рассмотрены результаты моделирования имитатора солнечных батарей с каскадным включением импульсного и непрерывного усилителей мощности.

Воспроизведение имитаторами динамических характеристик (полной внутренней проводимости) солнечных батарей (БС) возможно только в случае применения непрерывных методов регулирования [1]. Однако при широкодиапазонном регулирования нагрузки мощность рассеивания непрерывного усилителя мощности (НУМ) становится недопустимо большой (рис. 1).

Для уменьшения мощности рассеивания НУМ авторы предлагают использовать каскадное включение импульсного и непрерывного усилителей мощности (рис. 2).

Импульсный стабилизатор напряжения (ИСН) ограничивает мощность рассеивания НУМ путем стабилизации напряжения падения на нем. При этом характеристики ИСН оказывают влияние на статические и динамичес-

кие характеристики имитатора БС (ИБС). Авторами был проведен анализ взаимодействия импульсного и непрерывного регуляторов имитатора БС. Для этого в пакете МісгоСАР 7.1 были разработаны имитационные модели имитатора БС с непрерывным законом управления и с каскадным включением импульсного и непрерывного усилителей мощности (рис. 3).

В схеме моделирования используются следующие PSpice-модели элементов: операционный усилитель К544УД2А (Х1-Х4), транзисторы BD677A (УТ1), 2Ю725 (УТ2), 2SC3284 (УТ3), ВС309А (УТ4-УТ14, V16), ВС107В (УТ15, УТ17, УГ18).

В соответствии с методикой [1] были рассчитаны корректирующие устройства: КУ1, которое обеспечивает

устойчивость стабилизатора тока и имитатора в целом, и КУ3, обеспечивающее требуемый адмитанс ИБС.

2Ж\---у-----:-----------Т-----------------------------

ж  ....-.........I..-.. -.—.......-Ч-т -...-...

Рис. 1. Графики мощностей имитатора БС:

1 - мощность рассеивания НУМ; 2 - полезная мощность; 3 - потребляемая мощность

В процессе моделирования ИБС непрерывного типа были получены следующие результаты:

- построена вольт-амперная характеристика (ВАХ) имитируемой БС и имитатора БС и рассчитана приведенная погрешность воспроизведения ВАХ (рис. 4);

- построены графики мощности (см. рис. 1);

- построены адмитансные частотные характеристики (АдЧХ) и рассчитаны погрешности их воспроизведения (рис. 5);

- построены графики переходных процессов при коммутации нагрузки в широком диапазоне (от режима короткого замыкания до холостого хода) (рис. 6).

Приведенная ошибка 8прІ по току рассчитана как отношение абсолютной ошибки воспроизведения АІ к току І короткого замыкания 8 = АІ / І .

к.з г прІ кз

Максимальная погрешность воспроизведения ВАХ имеет место в режиме холостого хода и не превышает 2,2 % (рис. 4, б), что удовлетворяет требованиям, предъявляемым к имитаторам БС.

Погрешность воспроизведения АдЧХ имитатора БС непрерывного типа определена по выражению

8(/) = УБС(/)- ¥_ШС(/). 100%

^с

Рис. 2. Структурная схема имитатора солнечных батарей с каскадным включением импульсногои непрерывного усилителей мощности: УН1 - усилитель напряжения; КУ1 - корректирующее устройство, обеспечивающее устойчивость стабилизатора тока и имитатора в целом; НУМ - непрерывный усилитель мощности; ИТ - измеритель тока;

Н - нагрузка; КУ3 - корректирующее устройство, обеспечивающее требуемый адмитанс; ФП - функциональный преобразователь; ИОН - источник опорного напряжения; УОС - устройство обратной связи; УН2 - усилитель напряжения; КУ2 - корректирующее устройство, обеспечивающее устойчивость импульсного регулятора напряжения; ГПН - генератор пилообразного напряжения; ИП - источник питания; КЛ - ключевой элемент; Ф - фильтр

Рис. 3. Схема моделирования имитатора солнечной батареи с каскадным включением импульсного и непрерывного усилителей мощности

Относительная ошибка 5(/) не превышает 4,6 % (рис. 5, б), что обеспечивает заданную точность воспроизведения АдЧХ БС.

Графики переходных процессов (тока нагрузки, напряжения на нагрузке, падения напряжения на НУМ, мощности, рассеиваемой на НУМ) при широкодиапазон-

ной коммутации нагрузки (рис. 6) показывают, что в режиме короткого замыкания регулирующий элемент рассеивает всю мощность источника питания.

Для ограничения мощности, рассеиваемой на регулирующем элементе при широкодиапазонном регулировании нагрузки, вводится импульсный регулятор мощности.

Рис. 4. ВАХ ИБС непрерывного типа и погрешность ее воспроизведения: а - ВАХ имитируемой БС и имитатора БС; б - приведенная ошибка по току 8пр/

а б

Рис. 5. АдЧХ ИБС непрерывного типа в двух точках ВАХ и погрешности их воспроизведения: а - АдЧХ ИБС в двух точках ВАХ (51В, 71 В); б - ошибка воспроизведения АдЧХ ИБС

Ток нагрузки

60 < 40 £ 20

0.000 т

8.000т

й 90

60

30

X °

16.000т Время, С 24.000т

Напряжение на нагрузке

32.000 т

40.000 т

0.000т

8.000т

й но

о? 90

16.000т Бремя, С 24.000т Падение напряжения на НУМ

32.000т

40.000 т

30

0

0.000т

8.000т

£2 500 £2 000 £1 500 &1 000 й 500 0

16.000т Время, С 24.000т Мощность, рассеиваемая на НУМ

32.000 т

40.000 т

0.000т 8.000т 16.000т Время, С 24.000т 32.000т

Рис. 6. Графики переходных процессов при широкодиапазонной коммутации нагрузки

40.000 т

Импульсный стабилизатор напряжения с широтноимпульсной модуляцией (ШИМ) необходим для ограничения мощности, рассеиваемой на непрерывном регулирующем элементе. Он состоит из следующих основных устройств (см. рис. 2): источника опорного напряжения, устойчивой обратной связи, усилителя напряжения УН2, корректирующего устройства КУ2, генератора пилообразного напряжения, источника питания, ключевого элемента фильтра.

В схеме моделирования ИСН (см. рис. 3) используется накопительная индуктивность Ы5, включенная последовательно с нагрузкой .К 17. Для сглаживания пульсаций в нагрузке параллельно ей включен конденсатор фильтра С5. Ключ 51 включен между источником питания У6 и индуктивностью Ы5. Схема управления включает или выключает ключ в зависимости от значения напряжения на НУМ. При размыкании ключа ток индуктивности протекает через диод Б1. Включение в схему этого диода обеспечивает непрерывность тока в индуктивности Ь15 и исключает появление опасных выбросов напряжения на ключе в момент коммутации.

Расчет параметров корректирующего устройства КУ2 произведен в предположении, что полюса передаточной функции разомкнутого контура ИСН определяются параметрами ^С-фильтра, а инерция остальных устройств ИСН пренебрежительно мала.

В процессе моделирования ИБС с каскадным включением импульсного и непрерывного усилителей мощности были получены следующие результаты:

- построены графики мощностей в ИБС (рис.7);

- построена ВАХ ИБС и рассчитана погрешность ее воспроизведения (рис. 8);

- построены АдЧХ в двух точках ВАХ и рассчитаны погрешности их воспроизведения (рис. 9);

- построены графики переходных процессов (тока нагрузки, напряжения на нагрузке, падения напряжения на НУМ, напряжения на выходе ИСП, рассеиваемой на НУМ мощности) при коммутации нагрузки в широком диапазоне при разных напряжениях стабилизации на регулирующем элементе (рис. 10, 11).

' ‘-ч \ \ і

^2 4 V , \ \ \ \ Т|  і

И -1 Л л л

1 1 V 1 >4. 1 \ 1

О 10 20 30 40 50 60 70 80

Напряжение, В

Рис. 7. Графики мощностей в ИБС с каскадным включением импульсного и непрерывного усилителей мощности: 1 - мощность рассеивания НУМ; 2 - полезная мощность; 3 - потребляемая мощность

Следует отметить, что введение ИСН позволяет существенно ограничить мощность, рассеиваемую на НУМ (см. рис. 7).

Максимальная погрешность приведенной ошибки по току 5пр/не превышает 2,7 % (рис. 8, б), что несколько больше, чем в случае ИБС непрерывного типа.

Рис. 8. ВАХ ИБС каскадного типа и погрешность ее воспроизведения: а - ВАХ имитируемой БС и имитатора БС; б - приведенная ошибка по току 8

Рис. 9. АдЧХ ИБС каскадного типа в двух точках ВАХ и погрешности их воспроизведения: а - АдЧХ ИБС в двух точках ВАХ (51В, 71 В); б - ошибка воспроизведения АдЧХ ИБС

Ошибка воспроизведения АдЧХ не превышает 4,6 % (рис. 9, б), что практически совпадает с погрешностью ИБС непрерывного типа.

По результатам моделирования можно сделать следующие выводы:

- введение ИСН позволяет существенно ограничить мощность, рассеиваемую на регулирующем элементе;

- введение ИСН не ухудшает точность воспроизведения имитатором вольт-амперных характеристик и адми-тансных частотных характеристик БС;

- ведение ИСН увеличивает длительность фронта нарастания напряжения на нагрузке при переходе из режима короткого замыкания в режим холостого хода, так как НУМ входит в режим насыщения и длительность переходного процесса определяется быстродействием ИСН;

- при увеличении напряжения стабилизации на НУМ уменьшается длительность фронта нарастания напряжения на нагрузке при переходе из режима короткого замыкания в режим холостого хода, но при этом увеличивается средняя мощность рассеивания на НУМ за период.

Рис. 10. Графики переходных процессов при широкодиапазонной коммутации нагрузки и при стабилизации напряжения на регулирующем элементе Укэ = 10 В

Ток нагрузки

[2 20 0

“„90 І БО І|0

г

16.000т Время, С 24.000т

Напряжение на нагрузке

£

щ 0.000т

16.000т Время, С 24.000т

Падение напряжения на НУМ

16.000т Время, С 24.000т

Напряжение на выходе ИСН

Рис. 11. Графики переходных процессов при широкодиапазонной коммутации нагрузки и при стабилизации напряжения на регулирующем элементе У = 20 В

Библиографический список Г. П. Белякова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Вып. 2 (9).

Красноярск, 2006. С. 24-28.

L Мюрах, Е. А. О синтезе адмитансных частотных ха- 2. Разевиг, В. Д. Схемотехническое моделирование с

рактеристик имитатора с°лнечн°й батареи / Е. А. Миз- помощью Micro-Cap 7 / В. Д. Разевиг. М. : Горячая линия-рах, А. С. Сидоров, Р. В. Балакирев // Вестн. Сиб. гос. аэро- Телеком 2003 космич. ун-та им. акад. М. Ф. Решетнева / под ред. проф.

E. A. Mizrakh, A. S. Sidorov

COMPUTER SIMULATION OF PHOTOVOLTAIC ARRAY SIMULATOR WITH CASCADE CONNECTION OF PULSE AND CONTINUOUS POWER AMPLIFIERS

Results of computer simulation of photovoltaic array simulator with cascade connection of pulse and continuous power amplifiers are presented.

Принята к печати в декабре 2006 г.

УДК 630.36

В. А. Морозов

МОДИФИКАЦИЯ АЛГОРИТМА ГОЛОСОВАНИЯ NVP-CV ДЛЯ ОДНОГО ВИДА МАТРИЦ СОГЛАСОВАНИЯ

Рассмотрен алгоритм голосования согласованным большинством. Показана неэффективность этого алгоритма для некоторых выходных данныых. Предложена модификация алгоритма, позволяющая решить данную проблему.

Абсолютное большинство исследователей надежности программного обеспечения (ПО) [1; 2] сходятся во мнении, что концепция мультиверсий является эффективным способом повышения надежности ПО. Но, при использовании мультиверсионного подхода возникает необходимость выбора корректных выходов среди всего множества выходов данного набора версий. Эта задача, как правило, решается с помощью какого-либо алгоритма голосования. Таким образом, корректность работы всей мультиверсионной системы зависит от используемого алгоритма голосования.

В настоящее время предложены следующие алгоритмы голосования [1; 2]:

- алгоритм голосования абсолютным большинством (N-versionprogramming with majority voting, NVP-MV);

- алгоритм голосования согласованным большинством (N-versionprogramming with consensus voting, NVP-CV);

- нечеткий алгоритм голосования абсолютным большинством (Fuzzy majority voting);

- нечеткий алгоритм голосования абсолютным большинством (Fuzzy consensus voting);

- алгоритм голосования абсолютным большинством с минимизацией (minMV);

- алгоритм голосования согласованным большинством с минимизацией (minCV);

- формализованный алгоритм голосования абсолютным большинством (Formalized majority voting, FMV);

- формализованный алгоритм голосования согласованным большинством (Formalized consensus voting, FCV);

- максимально вероятное голосование (Maximum likelihood voting, MLV);

- медианное голосование.

Для каждого алгоритма характерны свои достоинства и недостатки, и каждому алгоритму соответствует определенная область применения.

В данной статье рассмотрен алгоритм голосования согласованным большинством и предложена модификация этого алгоритма, названная автором вероятностным алгоритмом голосования согласованным большинством. Эта модификация позволяет расширить область применения алгоритма для некоторых специфических наборов выходных данных. Действительно, как будет показано далее, алгоритм голосования согласованным большинством не эффективен для некоторых наборов выходов версий. Но предложенная модификация позволяет решить эту проблему.

Перед тем как перейти к рассмотрению схемы работы алгоритма, остановимся на некоторых нюансах его применения:

- при сравнении значений выходов мультиверсий используют понятие эквивалентности выходов. Так, выход одной версии эквивалентен выходу другой версии, если значения выходов отличаются не более чем на фиксированное число. Такое число называют допустимым отклонением;

- в качестве корректного результата возвращается набор эквивалентных выходов. Такой набор выбирается из всего множества выходов, которое образовано выходами версий;

- выбор корректного набора выходных данных осуществляется с использованием матрицы согласования. При этом вводится следующее дополнительное требование: на матрице согласования должно быть выполнено специфическое отношение эквивалентности. Выполнение