航天用高压电源模块仿真建模与多目标稳健设计研究

摘要

航天用电源模块作为航天器中二次电源系统的关键部件，主要负责为航天设备的子系统如计算机系统、导航系统等提供稳定的电压电流，其质量一致性是保障航天器高可靠长寿命工作的最基础因素。因此，如何提升航天用电源模块批量产品的质量一致性，已成为国产电源厂家急需解决的技术难题。
　　本文在归纳分析国内外研究现状的基础上，研究电源模块多目标稳健优化设计方法。通过对关键设计参数的均值与容差进行优化，合理分配元器件的质量要求，降低开关电源输出特性和关键元器件应力对各种不确定因素的敏感性，提高产品固有质量。
　　首先，研究基于Isight软件平台的电源模块电热耦合建模与仿真分析方法。分别建立了电源的电路仿真模型与热学仿真模型，并分析了温度对电阻、电容、半导体等器件特性参数的影响，建立其电热耦合仿真模型。采用Isight软件集成电、热仿真模型，实现对电源模块工作状态电、热特性的精确模拟，为后续研究奠定基础。
　　其次，对电源模块建立近似模型以便进行快速计算，缩短后续稳健优化设计时间。选取电源输出特性参数与关键元器件应力作为稳健优化设计目标，并通过灵敏度分析法找出各设计目标的关键参数。对关键设计参数进行最优拉丁超立方抽样，构建试验样本；以相对均方根误差RMSE和复相关系数R2为评价指标，分析径向基函数模型与Kriging模型的适用性。
　　最后，研究基于近似模型的多目标稳健优化设计方法并建立稳健优化模型，通过智能优化算法求解得到关键设计参数的均值和容差，给出提高电源模块质量一致性的最优设计方案，并以蒙特卡洛分析法验证优化效果。

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第1章 绪 论

1.1 课题的来源及研究的目的和意义

1.2 电源电热耦合仿真分析研究现状

1.3 近似模型研究现状

1.4 产品质量一致性稳健设计研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 电源模块电热耦合仿真建模

2.1 引言

2.2 电源简介与电热耦合仿真方法

2.3 电源模块电路仿真建模

2.4 电源模块热学仿真建模

2.5 电源模块电热耦合仿真建模与分析

2.6 本章小结

第3章 电源模块近似建模

3.1 引言

3.2 确定设计目标

3.3 灵敏度分析

3.4 多目标近似建模

3.5 近似模型误差分析

3.6 本章小结

第4章 电源模块多目标稳健优化设计

4.1 引言

4.2 电源模块一致性质量特性分析

4.3 多目标稳健优化设计流程

4.4 粒子群优化算法求解

4.5 优化结果验证

4.6 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

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