本发明属于计算机软件技术领域，尤其涉及一种基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统。
背景技术：
目前，业内常用的现有技术是这样的：大型天线高精度索网结构长期在空间恶劣环境下产生变形及力学性能降低，使天线的服役性能衰退。当前，卫星在轨设计寿命均较长。如thuraya通信卫星在轨设计寿命为12年，inmarsat4卫星在轨设计寿命为13年。然而，空间环境是卫星及天线实现长寿命的一个主要障碍。jaxa在ets-vⅲ构架式天线研究的基础上，正设法通过增加环向索和径向辅肋的措施研制高精度天线，精度已达亚毫米量级。然而高精度的索网结构对空间环境敬愈加敏感，也必须设法提高索网天线型面精度的在轨保持性。
因此，严苛的空间环境使索网结构天线的大型化发展需求与其功能型面精度保持之间的矛盾日益突出，给传统的结构设计技术带来了新的挑战。可概括为以下两个方面的原因：短周期温度场的影响和长周期空间辐照下的结构松弛。
综上所述，现有技术存在的问题是：大型天线高精度索网结构长期在空间恶劣环境下产生变形及力学性能降低，使天线的服役性能衰退。
解决上述技术问题的难度和意义：为了克服传统结构设计技术的缺陷，就必须研究空间复杂环境下，索网结构天线反射面在包括短周期和长周期在内的全生命周期在轨保型的设计方法。而基于形状记忆合金变刚度模式设计有望给天线反射面的在轨保型设计提供有效的解决途径。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统。
本发明是这样实现的，一种基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统包括：形状记忆合金丝模块、电源模块、多通道数据采集模块、温度传感模块、labview控制模块。
形状记忆合金丝模块，与电源模块的输出端连接，使用形状和金丝，利用电源模块加热；
多通道数据采集模块和温度传感模块，用于实时采集形状记忆合金丝的温度并将所采集数据同步传输到电脑端的labview程序中；电脑端的labview程序完成整个控制过程，在labview前面板设置目标温度值，labview后面板把采集到的温度信号与目标温度值进行实时比对，得到偏差信号e，然后对偏差进行pid控制，在labview前面板上根据实时数据比对以及pid参数调节经验来实时设置pid参数，p为比例控制，与偏差大小成比例，调节p使程序对电压和电流调节速度加快；i为积分控制，是对偏差的积分，调整i来消除稳态误差；d为微分控制，是偏差的微分，微分用来预测偏差的变化趋势，调整d来减小超调量，进而提高系统稳定性；经过pid控制后将偏差信号传送至供电电源(可编程电源)，如此，电源模块就可以提供稳定的电压输出，进而按照pc的控制要求对形状记忆合金丝加热，直至稳定到目标温度值。上面提到的控制偏差e是指设定好的目标温度值r与实际测量到的温度值y的差值，即e(t)＝r(t)-y(t),输出的控制信号为
labview控制模块，用于为读取并且处理多通道数据采集模块传输的记忆合金丝实时温度，并且根据目标温度值，通过labview程序内部的pid算法来调节输出电压和输出电流；对电源模块进行实时控制，多通道数据采集模块和电源模块与电脑连接；
温度传感模块，安装在多通道数据采集模块上，和形状记忆合金丝模块连接，用于测量形状记忆合金丝模块的温度。
进一步，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统进一步包括：计算机、温度采集模块、供电电源、相机、形状记忆拉索、温度传感器。
进一步，所述labview控制模块的电路具体连接关系为：labview控制模块的输入端连接温度采集模块来实时读取温度数据，输出端连接供电的电源模块，labview控制模块根据目标温度值处理温度数据调节输出电压和电流
本发明的另一目的在于提供一种所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统的基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节方法，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节方法包括以下步骤：
步骤一，给形状记忆拉索中的记忆合金丝通电；
步骤二，温度采集模块采集温度数据提供给电脑；
步骤三，电脑处理温度数据进而控制电源模块对记忆合金丝的输出功率；
步骤四，同时采用高分辨率相机摄影测量形状记忆拉索的长度变化，将形状记忆索网天线结构的型面精度数据传输给电脑进行数据处理。
进一步，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节方法采用pid控制实现温度的闭环控制系统。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：形状记忆拉索的力驱动本质是形状记忆合金的力驱动控制，形状记忆合金的力驱动又通过温度来控制，本发明采用传统的通电加热驱动方式，对记忆合金丝进行通电加热，发生奥氏体相变，产生收缩变形，实现对拉索的收紧。当停止加热时，记忆合金丝发生马氏体相变，拉索的张紧力减小；利用2m口径的索网天线，集成形状记忆合金丝形成形状记忆索网结构进行实验。本发明对八根形状记忆拉索的温度进行控制，使形状记忆合金丝温度满足索网天线型面对记忆合金丝的温度精度(0.2℃)要求。
以下为该发明所做的几组实验数据：
从实验数据可以看出温度误差小于0.2℃，远大于记忆合金的温度驱动区间值(马氏体与奥氏体转换温度之差)满足测试要求。在此温控系统控制下，测量天线的rms型面精度可以控制在0.01mm以内。
对比其他未使用形状记忆拉索天线结构的天线型面rms数据。
由以上可以看出，本发明基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统为克服传统结构设计技术的缺陷提供了有效的解决途径，其中的基于形状的记忆合金的变刚度模式设计有望给天线反射面在全生命周期内的在轨保型设计提供有效的解决途径。本发明增强了索网天线结构适应于外界环境的能力，满足并最终提高了索网天线结构的性能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的形状记忆合金丝整体温度控制流程图。
图3是本发明实施例提供的温度控制系统主要模块单位关系示意图。
图4是本发明实施例提供的形状记忆合金丝索网结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明从索网结构入手，将形状记忆合金丝应用于天线的索网结构，利用形状记忆合金丝的形状记忆效应来满足索网结构的型面精度，主要通过控制形状记忆合金丝的温度来实现调节。
如图1所示，本发明实施例提供的基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统包括：形状记忆合金丝模块(记忆合金丝)、电源模块(供电电源)、数据采集模块(温度采集模块)、温度传感模块(温度传感器)、labview控制模块(pc)。
如图1所示，形状记忆拉索温控主动调节采用mx100日本横河多通道数据采集系统，可同时采集多根记忆合金丝的温度数据，并通过rs485串口反馈给pc机，电脑处理温度数据进而控制供电电源对记忆合金丝的输出电流和输出电压。rms型面精度测量采用天远三维摄影测量系统，通过非接触式数字摄影多角度测量方法，获取网面每个节点的空间坐标，将数据输入计算机计算其rms值，得到索网结构的型面精度。
如图2所示，本发明实施例提供的形状记忆合金丝整体温度控制流程图具体包括以下步骤：实验开始时，给定一个目标温度，给电源一个粗略的电流测定记忆合金丝的温度，接下来比较实测温度与目标温度，比较结果分三种种情况：情况一，实测温度小于目标温度，此时系统自动增大流入电流δ，重新测试温度；情况二，实测温度大于目标温度，此时系统自动减小流入电流δ，重新测试温度；情况三，实测温度等于目标温度，此时系统等待n秒后继续测温，进入比较过程。整个过程达到了一个闭环的负反馈控制，对温度实现了闭环控制效果。
在设计中本实验使用了pid控制。pid控制(比例-积分-微分控制)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元p、积分单元i和微分单元d组成。pid控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。因此实验采用pid控制实现温度的闭环控制系统。
如图3所示，本发明实施例提供的温度控制系统主要模块单位关系示意图包括：测温模块、控制模块、加热模块、记忆合金丝。整个系统为一个闭环控制系统，加热模块为供电电源，控制模块为电脑端的专门的labview程序，测温模块为mx100日本横河多通道数据采集系统。
如图4所示，本发明实施例提供的形状记忆合金丝索网结构，是一个2m口径集成形状记忆索网结构的天线，将索网结构中拉索的中段设计成形状记忆合金丝，即形状记忆拉索，实现对天线型面形状的主动控制。
下面结合实验对本发明的应用效果作详细的描述。
1、主要实验设备：形状记忆合金丝、dps600a可编程大功率电源、mx100日本横河多通道数据采集系统、pt100温度传感器，pc端的labview控制程序。
2、记忆合金丝通过dps600a可编程大功率电源加热，dps600a可编程大功率电源与pc端数据线连接，dps600a可编程大功率电源在实验控制阶段受pc端的labview控制程序控制其输出电压与电流，控制形状记忆合金丝的温度。
3、pt100温度传感器与mx100日本横河多通道数据采集系统可采集多根记忆合金丝的温度数据，并通过rs485串口反馈给pc端的labview控制程序，温度误差小于0.2摄氏度，远大于形状记忆合金的温度驱动区间值(马氏体与奥氏体转换温度之差)，因此可满足索网结构型面对记忆合金丝的温度精度要求。
4、打开labview程序，与dps600a可编程大功率电源连接成功后。在labview操作面板上设定相关参数后开始实验。通过调节labview操作面板上的pid参数来控制记忆合金丝的温度，直至温度平衡目标温度。
5实验开始时，给定一个目标温度，给电源一个粗略的电流测定记忆合金丝的温度，接下来比较实测温度与目标温度，比较结果分三种种情况：情况一，实测温度小于目标温度，此时系统自动增大流入电流δ，重新测试温度；情况二，实测温度大于目标温度，此时系统自动减小流入电流δ，重新测试温度；情况三，实测温度等于目标温度，此时系统等待n秒后继续测温，进入比较过程。整个过程达到了一个闭环的负反馈控制，对温度实现了闭环控制效果。
在设计中本实验使用了pid控制。pid控制(比例-积分-微分控制)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元p、积分单元i和微分单元d组成。pid控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。因此实验采用pid控制实现温度的闭环控制系统。
由上述实验方案可知，实验测试中主要关注温度与2米口径的索网天线的rms型面精度两个量值。形状记忆拉索温控主动调节采用mx100日本横河多通道数据采集系统，可同时采集多根记忆合金丝的温度数据，并通过rs485串口反馈给pc机，温度误差小于0.2℃，远大于记忆合金的温度驱动区间值(马氏体与奥氏体转换温度之差)，因此可满足温度测试要求。
rms型面精度测量采用天远三维摄影测量系统，通过非接触式数字摄影多角度测量方法，获取网面每个节点的空间坐标，将数据输入计算机计算其rms值，得到索网结构的型面精度。该系统的rms测量精度可控制在0.01mm以内。
本发明的将形状记忆合金应用于天线的索网结构，利用记忆合金丝的形状记忆效应，设计了一种控制形状记忆合金丝闭环温度的控制系统，最终通过形状记忆拉索的相变特性达到改善空间索网天线的型面精度和天线的在轨保持性。同时本发明所涉及的温控系统具有反应快、精度高、操作快捷等特点，温控系统对一些金属温度控制实验提供了重要借鉴。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。