各部分主要功能：

空間陽(yáng)照環(huán)境：描述環(huán)境量的模塊，需要計(jì)算出光照強(qiáng)度、太陽(yáng)光線矢量等。

航天器姿態(tài)：需計(jì)算出太陽(yáng)光線矢量、太陽(yáng)翼對(duì)日定向、航天器姿態(tài) 三者耦合影響下的遮擋情況、太陽(yáng)入射角等；

太陽(yáng)電池陣：根據(jù)環(huán)境和姿態(tài)模塊的計(jì)算結(jié)果，計(jì)算電池陣在某溫度下的發(fā)電功率，并傳遞給電源控制器模塊；

電源控制器：采集蓄電池組、輸出端的電信息，計(jì)算負(fù)載功率需求，依據(jù)發(fā)電功率對(duì)負(fù)載、蓄電池的功率進(jìn)行分配、調(diào)度和調(diào)節(jié)，并在必要時(shí)進(jìn)行分流。

蓄電池組：根據(jù)電源控制器的功率調(diào)度信息，進(jìn)行充電或放電。

配電器、負(fù)載模型：根據(jù)飛行程序的設(shè)置，實(shí)時(shí)模擬出所需的各類負(fù)載功率。

航天器電力系統(tǒng)組成部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜（分流模塊SR、充電控制模塊BCR、放電控制模塊BDR、濾波器模塊BF、主誤差放大器模塊（MEA）等），而且特殊的空間環(huán)境難以實(shí)現(xiàn)如：陽(yáng)照條件，因此要搭建多級(jí)的完整的物理原型系統(tǒng)幾乎不可實(shí)現(xiàn)。

因此目前許多航天器電力系統(tǒng)的研究工作是通過離線仿真來進(jìn)行，如參考文獻(xiàn)[2], 參考文獻(xiàn)[3]，參考文獻(xiàn)[4]是通過MWorks Modelica仿真來驗(yàn)證所提出的控制方法。

在以上的電源系統(tǒng)中，電源系統(tǒng)控制器運(yùn)行控制算法，該算法的主要控制目標(biāo)是電壓，即要求電壓穩(wěn)定在一定范圍之內(nèi)。導(dǎo)致系統(tǒng)電壓變化的主要因素是陽(yáng)照面積、電池充放電和負(fù)載的變化，設(shè)定固定的軌道和電池充放電邏輯條件下，以上的仿真系統(tǒng)可以通過用戶指定負(fù)載的功率曲線，完成對(duì)控制算法的校驗(yàn)。

圖2.1，是模擬用電設(shè)備的啟動(dòng)過程，給定負(fù)載電阻數(shù)學(xué)模型為：min(time * 10 + 1, 200)，負(fù)載變化曲線如下：

圖2.1 負(fù)載變化曲線

圖2.2是航天器電力系統(tǒng)在負(fù)載變化的情況下，輸入電壓的波形曲線，可以看到電壓一直在30V附近波動(dòng)，證明電源控制器算法是正確的：

圖2.2 輸入電壓變化曲線

圖2.3是航天器電力系統(tǒng)在負(fù)載變化的情況下，輸入電流的波形曲線，可以看到電流根據(jù)負(fù)載的變動(dòng)呈現(xiàn)周期性的變化：

圖2.3 輸入電流變化曲線

功率硬件在環(huán)仿真（Power Hardware in Loop）是將實(shí)時(shí)仿真器通過功率接口與系統(tǒng)相連，實(shí)時(shí)仿真器通過實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)學(xué)模型來模擬物理系統(tǒng)的行為，功率接口將仿真器輸出微小信號(hào)放大成能夠帶動(dòng)系統(tǒng)的功率信號(hào)輸出。

科研人員和工程師可以通過實(shí)時(shí)仿真器+功率接口組成的功率硬件在環(huán)仿真平臺(tái)來對(duì)包括控制器在內(nèi)的整個(gè)航天器電力系統(tǒng)進(jìn)行非常接近真實(shí)情況的測(cè)試與驗(yàn)證，功率硬件在環(huán)仿真是一種比離線仿真要更接近真實(shí)工況的研究方法，在科研領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。

圖3.1 功率硬件在環(huán)仿真框圖

功率硬件在環(huán)仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的照片如下圖所示，下圖左上方的白色機(jī)箱是實(shí)時(shí)仿真器，它的MCU上實(shí)時(shí)運(yùn)行著航天器主電路的數(shù)學(xué)模型；下方的機(jī)箱是功率接口（北京博電自主開發(fā)的PI系列模塊化功率平臺(tái)），右方是替代航天器負(fù)載模型的實(shí)際負(fù)載，它隨著航天器在太空的運(yùn)行狀態(tài)而時(shí)刻改變。實(shí)時(shí)仿真器和實(shí)際負(fù)載通過功率IO物理互聯(lián)。

圖4.1 硬件在環(huán)仿真結(jié)果（輸入電流波形）

下圖4.2示波器圖形是采集到的輸入航天器負(fù)載兩端的電壓波形，可以看到在航天器負(fù)載根據(jù)用戶指定負(fù)載的功率曲線變化的情況下，電源系統(tǒng)控制器算法發(fā)揮作用，使得電壓保持在一定范圍以內(nèi)波動(dòng)。對(duì)比離線仿真結(jié)果，離線仿真結(jié)果過于理想化，該波形更接近真實(shí)情況。

圖4.2 硬件在環(huán)仿真結(jié)果（輸入電壓波形）

航天器電力系統(tǒng)是目前航天科研工作的熱點(diǎn)，本文介紹了如何通過北京博電公司的功率接口(PI系列模塊化功率平臺(tái))配合蘇州同元的模型，實(shí)現(xiàn)航天器電力系統(tǒng)的功率硬件在環(huán)仿真，并通過一個(gè)經(jīng)典的航天器電力系統(tǒng)的離線仿真和功率硬件在環(huán)仿真兩者結(jié)果比對(duì)，完成對(duì)控制算法的校驗(yàn)，為科研人員從事相關(guān)工作提供參考。