可重用的卫星电源能量平衡仿真系统及其建模方法技术方案

本发明专利技术提供一种可重用的卫星电源能量平衡仿真系统及其建模方法，所述系统包括：层次化的能量平衡仿真模型库，模型库管理模块，数据导入模块，模型编辑模块，模型编译模块，模型求解模块以及显示输出模块；所述层次化仿真模型库由基础模型库，通用模型库，型号模型库逐层向上构建形成。本发明专利技术在卫星电源能量平衡仿真系统设计的不同阶段，不同类型的卫星电源能量平衡仿真系统可基于通用模型库的继承获得型号模型库，并在型号模型库中对变化的模型进行变型和覆盖，得到该不同类型的卫星电源能量平衡仿真系统所对应的能量平衡仿真模型库，并在该模型库上进行能量平衡仿真分析，减少了重复劳动，提升了建模仿真效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天器供配电系统设计领域，主要涉及一种可重用的卫星电源能量平衡仿真系统及其建模方法。
技术介绍
电源能量平衡分析是卫星安全可靠运行的必要条件和重要保障，其涉及光电、电气、热学、电化学等多领域；通常需要在设计阶段建立与真实情况接近的仿真模型对电源能量平衡情况进行分析。现有的卫星电源能量平衡仿真系统通常根据某一具体的型号背景，针对某类卫星及其电源系统设计结构和对应的工作环境进行设计；由于设计思想和研究内容的差异，使得这些能量平衡仿真系统无法重用和扩充，难以进行修改、扩充以适应卫星设计的不同阶段以及不同型号间的卫星应用需求；导致每个型号的电源能量平衡仿真分析，均需要重新建模，或通过二次编程方式开发对应的仿真系统来实现，工作量大、效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可重用的卫星电源能量平衡仿真系统及其建模方法。为了实现上述专利技术目的之一，本专利技术一实施方式的可重用的卫星电源能量平衡仿真系统，所述系统包括：层次化的能量平衡仿真模型库，模型库管理模块，数据导入模块，模型编辑模块，模型编译模块，模型求解模块以及显示输出模块；所述层次化仿真模型库由基础模型库，通用模型库，型号模型库逐层向上构建形成；所述模型库管理模块，用于对所述层次化的能量平衡仿真模型库做载入，修改、查询、删除操作；所述数据导入模块，其同时与卫星软件工具包对接，用于实时接收卫星软件工具包的输出数据；所述模型编辑模块采用文本、图形的方式对仿真模型库进行编辑；所述模型编译模块用于Modelica语法语义分析、模型方程生成、单位检查与运算，以及将能量平衡仿真模型库编译为可执行的C程序；模型求解模块，执行所述C程序，按照设置的仿真步长注入仿真参数，生成仿真数据；显示输出模块，读取所述仿真数据进行显示输出。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述基础模型库包括：模拟电路和/或数字电路构成的基础电学仿真单元。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述模拟电路构成的基础电学仿真单元包括：电学的基本元件，半导体元件，理想元件，电源，传感器中的至少一种。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述电学的基本元件包括：电阻、电容；所述半导体元件包括：二极管、双场晶体管、回转器；所述理想元件包括：开关、二极管；所述电源包括：可控电压电源、可控电流电源；所述传感器包括：电压传感器、电流传感器。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述数字电路构成的基础电学仿真单元包括：延时元件，基本逻辑元件，各类门元件中的至少一种。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述通用模型库包括：供电模型、配电模型、负载模型、接口电路、公用算法组件、模型图标中的至少一种。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述供电模型包括：太阳能电池设备、蓄电池设备。作为本专利技术一实施方式的进一步改进，所述配电模型包括：电源控制器设备、配电器设备。为了实现上述专利技术目的之一，本专利技术一实施方式提供如上所述可重用的卫星电源能量平衡仿真系统的建模方法，所述方法包括：建立基础模型库；获取所述基础模型库中的通用设备模型，并提取所述通用设备模型中的共有部分以及可变部分；以所述通用设备模型中的共有部分为基础，将所述通用设备模型中的可变部分暴露至其外层并参数化形成通用模型库；采用Modelica面向对象的语言，对所述通用模型库进行模型继承、参数继承、接口继承、变量继承、方程继承后，注入型号参数，以得到型号模型库；调用所述型号模型库中的设备模型直接生成层次化的能量平衡仿真模型库。与现有技术相比，本专利技术的可重用的卫星电源能量平衡仿真系统及其建模方法，在卫星电源能量平衡仿真系统设计的不同阶段，能量平衡仿真模型库的建立无需从头开始建立，而是基于modeica的继承、变型机制获得；不同类型的卫星电源能量平衡仿真系统可基于通用模型库的继承获得型号模型库，并在型号模型库中对变化的模型进行变型和覆盖，得到该不同类型的卫星电源能量平衡仿真系统所对应的能量平衡仿真模型库，并在该模型库上进行能量平衡仿真分析，减少了重复劳动，提升了建模仿真效率。附图说明图1是本专利技术一实施方式中可重用的卫星电源能量平衡仿真系统的模块示意图；图2是本专利技术一实施方式中可重用的卫星电源能量平衡仿真系统的建模方法的流程示意图；图3是本专利技术一具体示例中通用模型库和型号模型库的对应关系结构示 意图；图4A是本专利技术一具体示例中蓄电池通用模型库的具体示例结构示意图；图4B是本专利技术一具体示例中采用继承机制将通用模型库转换为型号模型库的具体示例结构示意图；图4C是本专利技术一具体示例中，型号模型库继承通用模型库的模型后，型号模型库的模型的结构示意图；图4D是本专利技术一具体示例中，型号模型库继承通用模型库的参数后，型号模型库的参数的结构示意图；图4E是本专利技术一具体示例中，型号模型库继承通用模型库的接口后，型号模型库的接口的结构示意图；图4F是本专利技术一具体示例中，型号模型库继承通用模型库的变量后，型号模型库的变量的结构示意图；图4G是本专利技术一具体示例中，型号模型库继承通用模型库的方程后，型号模型库的方程的结构示意图；图4H是本专利技术一具体示例中，型号模型库继承通用模型库的各种模型后，型号模型库中注入新的型号参数后的结构示意图；图5是本专利技术一具体示例中，层次化的能量平衡仿真模型库的结构示意图；图6是本专利技术一具体示例中，可重用的卫星电源能量平衡仿真系统的运行过程示意图。具体实施方式以下将结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。如图1所示，本专利技术提供的可重用的卫星电源能量平衡仿真系统包括：层次化的能量平衡仿真模型库100，模型库管理模块200，数据导入模块300， 模型编辑模块400，模型编译模块500，模型求解模块600以及显示输出模块700；所述层次化仿真模型库100由基础模型库101，通用模型库103，型号模型库105逐层向上构建形成；所述模型库管理模块200，用于对层次化的能量平衡仿真模型库100做载入，修改、查询、删除操作；所述数据导入模块，其同时与卫星软件工具包对接，用于实时接收卫星软件工具包的输出数据；并将其输入到层次化的能量平衡仿真模型库，以进行仿真计算，获得卫星在任务周期内的飞行事件、飞行轨迹等情况；所述卫星软件工具包例如：STK，英文全称Satellite Toolkit，所述卫星软件工具包的输出数据包括：轨道、beta角、光照表等参数。所述模型编辑模块采用文本、图形的方式对仿真模型库进行编辑；所述模型编译模块用于Modelica语法语义分析、模型方程生成、单位检查与运算，以及将能量平衡仿真模型库编译为可执行的C程序；模型求解模块，执行所述C程序，按照设置的仿真步长注入仿真参数，生成仿真数据；显示输出模块，读取所述仿真数据进行显示输出。上述显示输出可以以多种形态展示给用户，例如：曲线、表格、动画的形式，在此不做详细赘述。所述基础模型库101包括：模拟电路和/或数字电路构成的基础电学仿真单元。所述模拟电路构成的基础电学仿真单元包括：电学的基本元件，半导体元件，理想元件，电源，传感器等；所述电学的基本元件包括：电阻、电容等元件；所述半导体元件包括：二极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可重用的卫星电源能量平衡仿真系统，其特征在于，所述系统包括：层次化的能量平衡仿真模型库，模型库管理模块，数据导入模块，模型编辑模块，模型编译模块，模型求解模块以及显示输出模块；所述层次化仿真模型库由基础模型库，通用模型库，型号模型库逐层向上构建形成；所述模型库管理模块，用于对所述层次化的能量平衡仿真模型库做载入，修改、查询、删除操作；所述数据导入模块，其同时与卫星软件工具包对接，用于实时接收卫星软件工具包的输出数据；所述模型编辑模块采用文本、图形的方式对仿真模型库进行编辑；所述模型编译模块用于Modelica语法语义分析、模型方程生成、单位检查与运算，以及将能量平衡仿真模型库编译为可执行的C程序；模型求解模块，执行所述C程序，按照设置的仿真步长注入仿真参数，生成仿真数据；显示输出模块，读取所述仿真数据进行显示输出。

【技术特征摘要】
1.一种可重用的卫星电源能量平衡仿真系统，其特征在于，所述系统包括：层次化的能量平衡仿真模型库，模型库管理模块，数据导入模块，模型编辑模块，模型编译模块，模型求解模块以及显示输出模块；所述层次化仿真模型库由基础模型库，通用模型库，型号模型库逐层向上构建形成；所述模型库管理模块，用于对所述层次化的能量平衡仿真模型库做载入，修改、查询、删除操作；所述数据导入模块，其同时与卫星软件工具包对接，用于实时接收卫星软件工具包的输出数据；所述模型编辑模块采用文本、图形的方式对仿真模型库进行编辑；所述模型编译模块用于Modelica语法语义分析、模型方程生成、单位检查与运算，以及将能量平衡仿真模型库编译为可执行的C程序；模型求解模块，执行所述C程序，按照设置的仿真步长注入仿真参数，生成仿真数据；显示输出模块，读取所述仿真数据进行显示输出。2.根据权利要求1所述的可重用的卫星电源能量平衡仿真系统，其特征在于，所述基础模型库包括：模拟电路和/或数字电路构成的基础电学仿真单元。3.根据权利要求2所述的可重用的卫星电源能量平衡仿真系统，其特征在于，所述模拟电路构成的基础电学仿真单元包括：电学的基本元件，半导体元件，理想元件，电源，传感器中的至少一种。4.根据权利要求3所述的可重用的卫星电源能量平衡仿真系统，其特征在于，所述电学的基本元件包括：电阻、电容；所述半导体元件包括：二极管、双场晶体管、...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晓东，杨孟飞，彭兢，刘治钢，陈琦，杜青，张晓峰，陈立平，周凡利，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11