面向空间太阳电池的参数辨识方法及标定试验研究

【摘要】：太阳电池是航天器的主要供电来源,对其I-V特性的准确标定可以为航天器电源系统的设计提供有效的参考数据。传统的地面太阳模拟器不能完全模拟真实空间条件下的太阳光照,导致科研人员无法对新型空间用太阳电池进行准确的标定,进而无法对其等效数学模型中的未知参数进行准确辨识,使太阳电池的性能评估、设计优化及应用受到严重影响。本文围绕空间太阳电池的I-V特性标定技术与太阳电池参数辨识方法展开研究。主要研究内容如下:首先,根据空间环境条件及标定任务需求,基于STM32单片机,使用MOS管搭建可调电子负载,设计了一套可在高空环境中对太阳电池I-V特性数据进行自动高精度采集的标定系统。该系统的设计为后续进行太阳电池模型参数辨识中I-V数据的获取奠定硬件基础。其次,针对传统方法无法精确求解太阳电池模型中未知参数的问题,提出一种改进鲸鱼优化算法。在算法初始化阶段,利用混沌映射的遍历性、伪随机性和规律性提高种群分布的均匀性;在个体位置更新阶段,利用rand to best差分变异模式丰富种群的多样性。通过标准测试函数验证算法的改进性能,并将其应用到太阳电池模型参数辨识问题中。再次,针对标准差分进化算法存在易陷入局部最优的问题,提出一种改进的差分进化算法。利用基于精英策略的混沌帐篷映射初始化方法产生分布更加均匀、质量更高的初始解;引入自适应放缩因子使其实现随迭代进化的自适应调节,丰富种群的多样性,加快算法收敛速度;引入进化模式选择机制,将DE/rand/1/bin模式和DE/best/1/bin模式的优点相结合,提升算法的寻优效率。通过标准测试函数验证该算法的寻优性能,并将其应用到太阳电池模型参数辨识问题中。最后,通过实验舱模拟低温低压的高空环境,对整个标定平台的工作性能进行分析研究。通过整个标定系统的外场试验,采集到的I-V数据对太阳电池模型的未知参数进行辨识,得到辨识精度较高的模型未知参数。