航天器热真空试验温度控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航天器地面热试验领域，特别是涉及航天器真空热试验温度控制领 域。
【背景技术】
[0002] 航天器热真空试验是在规定的真空与热循环条件下验证航天器各种性能与功能 的试验。它是航天器正样研制阶段多项环境模拟试验中的重要试验之一。试验的主要目的 是使航天器在真空与热循环条件下暴露航天器的材料和制造工艺缺陷、排除早期失效，从 而大大提高了航天器在轨运行的可靠性。
[0003] 航天器热真空试验是在地面上模拟航天器在太空环境工作时受到的真空、低温、 太阳辐射等恶劣条件。一般是在真空的环境模拟室内进行，用太阳模拟器或者红外模拟器 作为热源照射被试验组件，使其到达预先要求的试验温度或者热流，考察航天器各方面的 性能是否满足要求。
[0004] 在航天器热真空试验中，除了要模拟真空条件外，还有对航天器上组件的温度进 行控制，当控制方法不当或者控制参数选取不合理时，将引起航天器过试验和欠试验。过试 验可能使航天器上某些仪器设备损坏或缩短工作寿命，欠试验则可导致航天器上某些仪器 设备得不到应有的考验。特别是由于热试验的真空环境散热极为缓慢的特点，在进行温度 控制时，当温度曲线出现超调时，超调很难减小，极易导致过试验。并且由于航天器热真空 试验成本高、周期长，一般很难试验之前对温度控制系统进行在线调试，所以对温度控制系 统的鲁棒性和适应性提出了更高的要求。
[0005] 由于航天器热真空试验所处的特殊环境和设备条件的限制，如何提高航天器热真 空试验温度控制系统的稳定性、准确性、快速性、鲁棒性和适应性是一个重要且有挑战性的 工作。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何实现稳定且超调量 可控的温度控制。
[0007] 为解决该问题，一方面本发明提供了一种航天器热真空试验温度控制方法，包括 步骤：
[0008] 使用两个测量范围不同的测温仪，分别为第一测温仪和第二测温仪，同时对加热 中心位置进行测量；所述第一测温仪在被测部件上监测第一测量区域，得到该测量区域平 均温度T 1;所述第二测温仪在被测部件上监测第二测量区域，得到该测量区域平均温度T 2; 其中第一测量区域的范围小于第二测量区域；并且所述第一测量区域、所述第二测量区域 的中心位置与所述加热中心位置重合；
[0009] 在每个采样周期内，将两个平均温度的比值IVT2作为PID控制器中比例和积分时 间系数的整定参数，根据IVT 2的变化对比例和积分时间系数进行实时在线整定，用整定过 的系数修正上一采样周期PID控制器的比例和积分时间系数；
[0010] 再根据当前第一平均温度T1作为已更新比例和积分时间系数的所述PID控制器 的输入量，获得当前热源功率的变化值；
[0011] 根据所述变化值调整所述热源的输出功率后，所述热源继续对被测部件进行加 热，随后在下一个采样周期内再次监测温度并重复上述步骤，循环直到试验结束。
[0012] 优选地，所述激光功率的变化值Δ u有：
[0013] Δ u = Kp* [error (k) - error (k-1) ] +Ki^error (k) +Kd* [error (k)-2*error(k-1)+error(k-2)]；
[0014] 其中，k代表当前时刻，k-1代表上一时刻，比例系数Kp、积分时间系数Kp微分时 间系统Kd，error (X)为X时刻T1与目标温度的差值；
[0015] 所述比例系数Kp、积分时间系数Ki是两平均温度比值T VT2的非线性函数，在热试 验过程中随!^/^的变化进行实时整定。
[0016] 优选地，设当前时刻平均温度比值有A = T/r2, α为可调参数，则：
[0017] 所述比例系数的整定算法为Kp(A) = Κρ(ι*Αα，Kptl为预设的初值；
[0018] 所述积分时间系数的整定算法为：
【主权项】
1. 一种航天器热真空试验温度控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤： 使用两个测量范围不同的测温仪，分别为第一测温仪和第二测温仪，同时对加热中心 位置进行测量；所述第一测温仪在被测部件上监测第一测量区域，得到该测量区域平均温 度T1;所述第二测温仪在被测部件上监测第二测量区域，得到该测量区域平均温度T 2;其中 第一测量区域的范围小于第二测量区域；并且所述第一测量区域、所述第二测量区域的中 心位置与所述加热中心位置重合； 在每个采样周期内，将两个平均温度的比值IVT2作为PID控制器中比例和积分时间系 数的整定参数，根据IVT2的变化对比例和积分时间系数进行实时在线整定，用整定过的系 数修正上一采样周期PID控制器的比例和积分时间系数； 再根据当前第一平均温度T1作为已更新比例和积分时间系数的所述PID控制器的输 入量，获得当前热源功率的变化值； 根据所述变化值调整所述热源的输出功率后，所述热源继续对被测部件进行加热，随 后在下一个采样周期内再次监测温度并重复上述步骤，循环直到试验结束。
2. 如权利要求1所述的方法，所述激光功率的变化值△ u有： Δ u = Kp*[error(k)-error (k-1)]+Ki^error(k)+Kd*[error(k) _ 2*error(k-1)+error(k-2)]； 其中，k代表当前时刻，k-1代表上一时刻，比例系数Kp、积分时间系数Ki、微分时间系 统Kd，error (X)为X时刻T1与目标温度的差值； 其特征在于，所述比例系数&、积分时间系数Ki是两平均温度比值T1/T2的非线性函 数，在热试验过程中随!^/^的变化进行实时整定。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，设当前时刻平均温度比值有A = T /Γ2, α 为可调参数，则： 所述比例系数的整定算法为Kp(A) = Κρ(ι*Αα，Kptl为预设的初值； 所述积分时间系数的整定算法为：
Kitl为预设的初值，Amax为本次试验中已采样的A的最大值； 所述PID控制中的微分时间系数&为预设的常数。
4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述可调参数α根据超调量及调整时间要 求进行设置。
5. 如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述可调参数α的取值范围为大于等 于0且小于等于10。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一测量区域的直径不大于2_。
7. 如权利要求1或6所述的方法，其特征在于，两个测量区域的面积比最佳为4-100。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的采样周期的范围大于等于10毫秒且 小于等于10秒。
9. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述PID控制器为增量式PID控制器或者传 统PID控制器。
10. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热源为连续激光器或者脉冲激光器； 所述测温仪为单色红外测温仪或者比色红外测温仪。
【专利摘要】本发明涉及航天器地面热试验领域，公开了一种航天器热真空试验温度控制方法。该方法包括步骤：使用两个测量范围不同的测温仪，同时对激光加热中心位置进行测量，分别获得两个测量范围的平均温度T1、T2；将两个平均温度的比值T1/T2作为PID控制器中比例和积分时间系数的整定参数，根据T1/T2的变化对比例和积分时间系数进行实时在线整定，利用整定过的系数通过PID控制获得当前加热功率的变化值；根据所述变化值调整加激光的输出功率。本发明在使被控温度的超调量大大减小的条件下，使被控温度的调整时间不增加，同时还增强了航天器热试验温度控制系统的鲁棒性和稳定性。
【IPC分类】G05D23-32
【公开号】CN104731131
【申请号】CN201410648692
【发明人】虞钢, 甘政涛, 李少霞, 郑彩云, 何秀丽, 宁伟健
【申请人】中国科学院力学研究所
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年11月14日