Разработка структуры математической модели буферной фотоэлектрической СЭС, страница 2

Согласно схеме разработки структур моделей определятся внешние для СЭС функциональные связи, которые обусловлены их функциональным назначением и могут быть разделены на две группы: связи с внешнеорбитальными условиями и связи с другими системами внутри КА.

Связь СЭС с внешнеорбитальными условиями в основном определяются условиями функционирования БФ (, ), связь с другими системами КА – условиями обеспечения электроэнергией бортовых потребителей и созданием условий функционирования агрегатов СЭС. Это сводится к обеспечению заданных параметров графика электропотребления бортовой аппараты (, , ) с учетом поддержания необходимой температуры  хладагента для создания требуемого температурного режима агрегатов СЭС. Последнее подразумевает установление взаимосвязи между тепловыделением СЭС и , имитирующей взаимодействие СЭС и системы терморегулирования.

Для полноты учета внешних связей следует отразить ряд косвенных связей, например, связи с целевой задачей, решаемой КА на орбите: надежность СЭС (зависящую от надежности КА) и срок активного функционирования КА (зависящий от надежности СЭС и других факторов). Еще одна косвенная связь с задачей КА замыкается через орбитальные условия, поскольку все связи СЭС с орбитальными условиями определяются параметрами орбиты, которые, в свою очередь, определяются целевой задачей КА.

В итоге система уравнений, описывающая внешние связи СЭС, может быть представлена в таком общем виде:

В приведенных выше функциональных зависимостях не все аргументы необходимы в каждом конкретном случае. Здесь представлен обобщенный вариант, поскольку на данном уровне трудно точно указать перечень аргументов той или иной зависимости. По мере детализации модели указанные аргументы будут либо дифференцироваться между частными зависимостями, либо исключаться из зависимостей после соответствующего анализа функционирования системы.

Если данный уровень информативности модели не удовлетворяет поставленной задаче, продолжаем декомпозицию системы до уровня агрегатов (рис.2). При этом ряд функциональных связей дифференцируется между агрегатами согласно их функциональному назначению.

Рисунок 2. Схема декомпозиции СЭС на агрегаты, узлы, элементы: 1 – уровень системы; 2 – уровень агрегатов; 3 – уровень узлов; 4 – уровень элементов.

Структура функциональных связей на уровне агрегатов представлена на рис.3., где  – освещенность батареи, ;  – напряжение БФ, В;  – ток БФ, А;  - вероятность безотказной работы БФ,  - масса БФ, кг;  - площадь БФ, ;  - температура БФ, К;  – тепловая мощность, отводимая от БФ, Вт;  - время эксплуатации КА, ч; аналогично обозначены параметры, характеризующие БХ и БКИП.

Разработка структуры математической модели СЭС с целью определения основных массовых, электрических, тепловых, надёжностных и др. характеристик агрегатов и СЭС в целом.

СЭС обеспечивает электроэнергией бортовых потребителей, при этом ВКИП стабилизирует выходное напряжение и распределяет электроэнергию между БХ и БА. Связь с БХ осуществляется путем увязки требуемого  и получающегося при этом . БФ – первичный источник электроэнергии, поэтому связь с БФ заключается в обеспечении взаимосвязи между заданными  и получаемым при этом  (вольт – амперная характеристика).

Следует отметить, что на агрегатном уровне приобретает неопределенность такая внешняя связь, как , поскольку в зависимости от конкретной схемы охлаждения входные температуры хладагента могут различаться для каждого агрегата. Данная связь дифференцируется между агрегатами и конкретизируется при структурном проектировании СТР.

Аналогично дифференцируются между агрегатами и другие входные для СЭС связи. Функциональные связи для СЭС на уровне агрегатов представлены следующими зависимостями:

а) для БФ:

б) для БХ:

в) для БКИП:

г) для СЭС:

Необходимо отметить, что зависимости для СЭС уже носят конкретный характер и представляют собой синтез структуры модели СЭС на базе структур математических моделей агрегатов. Для ряда задач проектирования СЭС этот уровень может оказаться достаточным. В частности, для конкретизации функциональных зависимостей, входящих в математические модели агрегатов, можно воспользоваться известными удельными параметрами либо провести упрощение структуры моделей, исключив несущественные для решаемой задачи зависимости.

Физические расчеты СЭС. Зная график энергопотребления КА можно провести физические расчеты элементов СЭС. а) Расчет потребных мощности БФ и емкости БХ на конец ресурса.

Средняя мощность БФ:

где N_н - значение мощности нагрузки; Т - длительность витка.

Или в дискретной форме: