立方星电源系统最大功率点跟踪优化控制方法

李 朋，周 军，于晓洲

(西北工业大学精确制导与控制研究所，西安 710072)

0 引 言

立方星(CubeSat)作为微纳卫星家族的一类在近年来得到了迅猛发展。其典型特点表现为标准化、模块化、低成本、研制周期短和发射灵活。立方星最小单位为1U，即边长为10 cm的立方体，在此基础上可扩展为多U结构，目前已在对地观测、新技术验证等方面得到大量应用[1-2]。

电源系统是立方星中进行能量收集、转换、存贮和分配的子系统，直接决定了卫星任务的成败。卫星电源按能量传输途径可分为直接能量传输(Direct energy transfer,DET)和最大功率点跟踪(Maximum power point tracking,MPPT)两类系统。DET的核心为分流调节器，实现简单可靠，但由于是依靠分流调节器耗散多余能量来维持母线电压，因此系统并不能充分利用太阳电池的能量；而MPPT可以根据负载功率需求输出太阳能电池的最大功率，虽然在电压转换和功率跟踪控制算法上较为复杂，但对于提高立方星等小卫星的能源利用效率具有较好的优势[3-4]。

国内外学者对立方星电源系统进行了大量研究和实现。文献[5-8]设计了多种适用于立方星标准的电源系统，但却只适用于3U体积以下的立方星，能够转换的功率容量较小，对较大体积的立方星有局限性；文献[9-11]将MPPT应用于立方星电源系统的功率跟踪，采用了扰动观测法(P&O)、导纳增量法(IncCond)和模糊控制等算法实现了MPPT功能，有效提高了太阳能的利用效率，但是这些算法存在控制精度较差、最大功率点附近易振荡且收敛速度较慢等不足。

因此……