学位论文简介

本文聚焦于航天器电气系统的层次化建模与可靠性设计，旨在解决航天器电气系统在复杂运行环境下的安全性与可靠性保障的问题。作为航天器的核心命脉，电气系统的可靠性、安全性及完整性直接决定了航天器在轨任务的成败。一旦电气系统发生故障，可能导致在轨任务失败，造成重大损失。因此，如何在设计阶段确保电气系统的高可靠性并降低在轨失效风险，是航天器发展过程中亟待解决的关键难题。本研究通过创新性的建模方法与可靠性设计技术，为航天器电气系统的全生命周期设计、仿真分析和验证提供了新的理论支持与实践指导，主要创新点如下：

（1）本文研究探讨了故障演化机制，分析太阳电池阵、电池组等关键组件的故障机理，实验揭示温度、辐射等应力耦合对性能的影响。针对电力电子器件可靠性，构建高精度电热耦合模型，分析温度分布与热响应，研究高频开关条件下的应力，揭示过热、焊点疲劳等失效机理，并通过寿命分析为器件使用提供依据。

（2）为提升稳定性与能效，本文研究提出数据与物理协同驱动的状态估计与优化方法，结合双卡尔曼滤波估计电池健康状态，采用模型预测控制优化充电与放电策略，识别故障风险并动态调整运行。

（3）本研究为航天器电气系统建模与优化提供新方法，通过多层次框架反映系统复杂性与耦合特性，为故障预防与寿命预测提供科学依据，提升运行效率与可靠性，降低在轨故障风险。

主要学术成果

[1] Wang L, Peng Y, Luo J. Model Reduction Method for Spacecraft Electrical System Based on Singular Perturbation Theory[J]. Electronics, 2024, 13(21): 4291.

[2] Wang L, Luo J, Deng S, et al. RoCS: knowledge graph embedding based on joint cosine similarity[J]. Electronics, 2023, 13(1): 147.

[3] 王立峰, 罗娟, 冯宇, 陈拔群. 一种大规模储能电站健康管理系统及运行方法: ZL202310828653.8[P]. 2023-07-07.