一种用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制系统及方法

本发明涉及月壤样品处理与挥发分提取，特别涉及一种用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制系统及方法。

背景技术：

1、深空探测是不仅是一个国家科技水平的体现，同时也是综合国力的体现。当前我国探月四期完成首次采样返回任务，为推演月球演化历史及科学研究作出巨大贡献。随着技术不断更新与迭代，新一阶段的探月任务计划对月壤样品进行原位分析。

2、与采样任务不同之处在于，原位分析无需将样品带回地球而直接在轨进行提取分析，因此涉及一种月壤样品加热提取挥发分方法，能够将在轨获得的月壤样品处理并提取分析。巡视器在月面南极区域进行作业任务时，由于太阳能帆板只能从微弱太阳光获得较少的电能，因此对分析作业任务的功率提出了限制。传统星壤探测中常用电阻炉，该种加热方式需对整个炉体加热，能耗大，加热时间长；而感应加热方式可只针对采集的微量样本加热，加热对象体积小，能耗小，加热速度快，但感应加热温升速度很快，无法实现被加热物温度控制。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明的一个目的在于提出一种用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制系统。

3、本发明的另一个目的在于提出一种用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制方法。

4、为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制系统，包括：上位机控制器、下位机控制器和驱动器，其中，所述上位机控制器通过rs485与所述下位机控制器电连接；所述驱动器包括h桥驱动、谐振电容、电压转换模块、v/i监测模块和测温模块，其中，所述下位机控制器与所述h桥驱动电连接，所述h桥驱动与所述谐振电容电连接，所述谐振电容与感应加热炉体的线圈电连接；所述下位机控制器还与所述电压转换模块电连接，所述电压转换模块与所述v/i监测模块电连接，所述v/i监测模块与所述h桥驱动电连接，所述h桥驱动与所述感应加热炉体的线圈电连接，其中，所述v/i监测模块还与所述下位机控制器直接电连接；所述下位机控制器又与所述测温模块电连接，所述测温模块与感应加热炉体的热电堆电连接。

5、本发明实施例的用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制系统，主要服务于样品加热挥发分提取，采用e型导磁体式感应加热器，能高效将电能经磁能转化为热能；同时电源驱动模块设计巧妙，控制器输入一定谐振频率的pwm波，驱动器在将信号差分用于驱动感应器的同时，能监测输入电压、输入电流、电源温度、逆变侧信号的相位以及谐振侧信号的相位；下位机控制器采用tms320f28335数字信号处理模块，差分接口输出一定频率的pwm波，用以驱动谐振电路，同时差分输入接口接收驱动器监测的电流电压反馈脉冲，通过控制器内置的数字锁相功能调节输入pwm的频率，实现输入频率与谐振频率一致，使感应器处于最佳工作状态；同时控制器接收感应加热炉热电偶和热电堆等测温元件的电压值，解译为温度值用来进行温度闭环控制，最终实现了感应加热过程中温度提升、温度保持等任务要求，从而保证挥发分提取任务的顺利进行。

6、另外，根据本发明上述实施例的用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制系统还可以具有以下附加的技术特征：

7、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述下位机控制器用于向所述h桥驱动和比较器输出预设频率的pwm方波。

8、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述驱动器还包括：效率反馈模块，其中，所述效率反馈模块包括比较器、鉴相器和低通滤波器，所述谐振电容与所述比较器电连接，所述比较器与所述鉴相器电连接，所述鉴相器与所述低通滤波器电连接，所述低通滤波器与所述下位机控制器连接。

9、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述效率反馈模块用于比较谐振频率与输入pwm方波的频率，并输出两种信号频率的相位差，以供所述下位机控制器对比分析，调节输入所述pwm方波的频率。

10、为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制方法，包括：步骤s1，向所述上位机控制器中输入预设温度值；步骤s2，根据所述预设温度值使所述下位机控制器选择输入波形占空比，再根据所述输入波形占空比确定pwm方波的输入频率；步骤s3，根据所述输入频率对所述感应加热炉体进行加热，并读取逆变频率与谐振频率的相位差；步骤s4，根据所述相位差判断所述输入频率是超前还是滞后于所述谐振频率，若超前则降低所述输入频率，若滞后则升高所述输入频率，以使所述逆变频率与所述谐振频率保持一致；步骤s5，利用所述测温模块读取所述当前温度值，并判断是否需要保持所述当前温度值，若不是则进行pd调节，迭代执行步骤s2-s5，直至需保持当前温度值，输出所述当前温度值、当前输入频率和当前功率；步骤s6，判断加热时间是否达到预设加热时间，则迭代执行步骤s3-s6，直至达到所述预设加热时间，完成加热提取。

11、本发明实施例的用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制方法，主要服务于样品加热挥发分提取，采用e型导磁体式感应加热器，能高效将电能经磁能转化为热能；同时电源驱动模块设计巧妙，控制器输入一定谐振频率的pwm波，驱动器在将信号差分用于驱动感应器的同时，能监测输入电压、输入电流、电源温度、逆变侧信号的相位以及谐振侧信号的相位；下位机控制器采用tms320f28335数字信号处理模块，差分接口输出一定频率的pwm波，用以驱动谐振电路，同时差分输入接口接收驱动器监测的电流电压反馈脉冲，通过控制器内置的数字锁相功能调节输入pwm的频率，实现输入频率与谐振频率一致，使感应器处于最佳工作状态；同时控制器接收感应加热炉热电偶和热电堆等测温元件的电压值，解译为温度值用来进行温度闭环控制，最终实现了感应加热过程中温度提升、温度保持等任务要求，从而保证挥发分提取任务的顺利进行。

12、另外，根据本发明上述实施例的用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制方法还可以具有以下附加的技术特征：

13、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述输入波形占空比的范围为0-90％。

14、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤s2中将所述输入波形占空比输入至波形发生函数中，以确定所述输入频率。

15、进一步地，在本发明的一个实施例中，所述步骤s5具体为：将当前温度值与预设温度值进行比较，将差值输入pd算法中，并将其输出值乘预设系数比例作为新的输入波形占空比，根据所述新的输入波形占空比确定pwm方波新的输入频率。

16、本发明又一方面实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如上述实施例所述的用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制方法。

17、本发明还一方面实施例提供一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述实施例所述的用于月壤原位加热的高电压供电式感应加热炉功率控制方法。

18、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。