ВВЕДЕНИЕ 4
1 Анализ предметной области 8
1.1 Задача обеспечения минимальной конечной длительности переходных процессов 8
1.2 Способы управления ИСН 10
1.3 Выводы по главе 11
2 Разработка модели и исследование синтезированного закона управления
ИСН с целью разработки макета блока управления МЗРУ 13
2.1 Задача повышение КПД ИСН 14
2.2 Выбор топологии силовой цепи ЗРУ 14
2.3 Структурная схема разрядного устройства 20
2.4 Задающий генератор 21
2.5 Широтно-импульсный модулятор 23
2.6 Пропорционально-интегральный регулятор 27
2.7 Генератор линейно-параболического напряжения 28
2.8 Блок компараторов 31
2.9 RS -триггеры 33
2.10 Силовая цепь 34
2.11 Результаты моделирования 35
2.12 Выводы по главе 39
3 Практическая реализация макета МЗРУ 40
3.1 Силовой блок преобразователя 41
3.2 Драйвер силовых ключей 41
3.3 Блок обратной связи 42
3.4 Управляющее устройство 43
3.5 Программное обеспечение управляющего устройства 44
3.6 Результаты макетирования 48
3.7 Выводы по главе 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 52
Список сокращений 54
Список используемых источников 55
ПРИЛОЖЕНИЕ

Купить

Актуальность работы: современная радиоэлектронная аппаратура (РЭА), входящая в состав различных объектов, предполагает её питание стабильным напряжением с малыми допустимыми отклонениями напряжения в статических и динамических режимах работы. Эта задача решается за счёт применения специальных устройств, называемых стабилизаторами напряжения (СН). Стабилизаторы напряжения подразделяются на стабилизаторы с непрерывным и импульсным принципом действия. Стабилизаторы с непрерывным принципом действия позволяют обеспечить малые отклонения напряжения в статических и динамических режимах работы, но имеют низкий КПД, и поэтому в настоящее время используются только для питания маломощных потребителей энергии. Импульсные стабилизаторы напряжения (ИСН) имеют существенно больший КПД, но в ряде случаев не могут обеспечить требуемое качество напряжения, в частности допустимый уровень отклонения напряжения на выходе в статических и динамических режимах работы.
Современные тенденции развития ИСН направлены как на дальнейшее повышение КПД, так и на повышение качества выходного напряжения. Так для повышения КПД в ИСН используют новые схемотехнические решения силовых цепей и стратегии управления силовыми ключами, которые позволяют исключить динамические потери энергии в силовых ключах и повысить КПД, а повышение качества питающего напряжения РЭА, достигается за счёт повышения быстродействия ИСН [1]. В свою очередь, повышение быстродействия ИСН позволяет снизить отклонение выходного напряжения в динамических режимах работы, вызванных изменением тока нагрузки. Однако это предполагает синтез новых, более совершенных законов управления, реализация которых посредством аналоговых ШИМ- контроллеров, выпускаемых серийно, может быть невыполнимой, поскольку внутренняя структура контроллера не соответствует синтезированным законам управления. Кроме того, для ИСН с новыми схемотехническими решениями силовых цепей и стратегиями управления силовыми ключами, аналоговые ШИМ-контроллеры не выпускаются. В таком случае реализация новых, более совершенных законов управления, возможна посредством микросхем малой степени интеграции и дискретных элементов, но это приведёт к увеличению массы и габаритов устройства управления ИСН, снижению его надёжности и увеличению собственного энергопотребления. Такое снижение ряда характеристик ИСН неприемлемо.
В связи с чем наиболее целесообразным видится реализация законов, обеспечивающих повышенное быстродействие и управление ИСН, с новыми схемотехническими решениями силовых цепей на основе микропроцессорной техники. Это позволит не только реализовать новые законы управления и функции по защите ИСН, но и дополнительные функции по самодиагностике, сбору телеметрической информации, обеспечению повышения надежности в критических приложениях за счет применения системы электропитания из нескольких ИСН, а также позволит использовать режимы отбора максимальной мощности от возобновляемых источников энергии и т.д. [2, 3].
Исходя из вышеизложенного и с учётом требований по импортозамещению элементной базы, изложенных в постановлениях правительства РФ, можно считать актуальным проведение исследований и решение ряда задач по реализации устройства управления ИСН на отечественной элементной базе, в частности на отечественной микропроцессорной технике.
Цель работы: Исследование синтезированных законов управления ИСН с новым схемотехническим решением силовой цепи, и разработка структуры и алгоритмов функционирования его устройства управления, предназначенного для реализации на базе радиационно-стойкой СБИС класса "система на кристалле" отечественного производства.
Для достижения указанной цели в работе решаются следующие задачи:
- Анализ задач обеспечения питающего напряжения бортовой электроаппаратуры (БЭА). В том числе: обеспечение минимальной длительности переходных процессов, повышение КПД, снижение массогабаритных характеристик и обеспечение надежности ЭПА.
- Разработка модели многомодульного зарядно-разрядного устройства (МЗРУ) выполненной в среде OrCAD, и анализ основных результатов применения синтезированных законов управления МЗРУ.
- Разработка алгоритмического, программного и аппаратного обеспечения макета МЗРУ. В том числе: встроенного ПО процессора, платы устройства управления (УУ) МЗРУ, платы силовой цепи МЗРУ.
- Тестирование макета МЗРУ.
Основные положения, выносимые на защиту:
- Результаты моделирования процессов в МЗРУ, полученные с использованием модели МЗРУ, выполненной в среде OrCAD, позволяющие оценить быстродействие и КПД МЗРУ;
- Разработанные схемотехнические решения по формированию управляющих сигналов, позволяющие выделить динамическую составляющую выходного напряжения посредством дифференциальной цепи, и момент перехода тока «через ноль» посредством компаратора;
- Разработанные алгоритмы управления МЗРУ, позволяющие реализовать законы управления силовыми ключами;
- результаты моделирования процессов в МЗРУ и тестирования макета МЗРУ, позволившие подтвердить адекватность разработанных моделей, алгоритмического и программного обеспечения МЗРУ.
Научная новизна исследования заключается:
- В разработке новых схемотехнических решений по формированию управляющих сигналов, позволяющих выделять динамическую составляющую выходного напряжения посредством дифференциальной цепи и определять моменты перехода тока «через ноль»;
- В разработке алгоритмического и программного обеспечения для реализации законов управления силовыми ключами, обеспечивающими модуляцию трёх моментов переключения ключей за период, с задержкой коммутации смежного ключа.
Это позволяет снизить энерго-массовые характеристики КА, повысить качество питающих напряжений и, как следствие, надежность бортовой ЭПА.
Публикации: По результатам проведенных исследований и
выполненных работ опубликована 1 печатная работа в сборниках научных конференций, 1 статья принята в печать в журнале, индексируемом в БД Scopus. Получено 1 регистрационное свидетельство программ для ЭВМ.
Личный вклад: Все основные результаты, приведенные в диссертации и сформулированные в положениях, выносимых на защиту, получены либо непосредственно автором, либо с его участием.
Объем и структура диссертации: Полный объем диссертации составляет 76 страниц, в том числе: 29 иллюстраций, 2 таблицы, 4 приложения, список литературы из 31 источника.
Купить