航天器用胶体推进器10kV高压可调束流电源仿真分析研究

近年来,随着微纳卫星编队飞行成为诸如引力波探测等领域的研究热点,推力量级更小的新兴电推进器,例如胶体推进器(Colloid Thruster,CT)的应用前景越来越广泛,尤其是对其电源处理单元(Power Processing Unit,PPU)的需求越来越高。文章针对航天器胶体推进器电源处理单元中10kV高压可调束流电源,设计了一种双管Buck-Boost预稳压电路+罗耶自激震荡器+双向倍压整流的三级式电压升举电路拓扑;选取合适的电路参数,并使用电路仿真软件Saber对前级电路和后级电路分别进行仿真,以证实电路拓扑及参数选择的可行性,进而对整体电路进行仿真,验证设计的准确性。同时,选取了两种由反激构成的备选高压电路进行仿真分析验证,从中甄选出最佳的电路拓扑。仿真结果表明,设计的3种电路都能实现最高至10kV的电压输出,同时,能够实现3kV到10kV之间的大范围调节,满足胶体推进器PPU束流电源的工作指标。

基于分数阶PID控制的质子交换膜燃料电池前级功率变换器

针对质子交换膜燃料电池(PEMFC)输出为大电流、宽电压而难以实际应用的问题,首先提出一种以四开关Buck-Boost变换器为主拓扑的PEMFC预稳压模块,采用双沿开关管触发策略减小电感电流脉动,并基于高频开关网络等效原理建立准确的动态模型;然后设计一种分数阶PID控制器实现模块的稳压补偿,并采用一种随机惯性权重PSO算法整定控制器的参数。仿真与实验结果表明,与整数阶控制器相比,分数阶PID控制器具有更好的补偿效果,在系统参数或结构变化时表现出较强的鲁棒性,所提出的模块具有高效可靠的预稳压功能。