多模式电源控制方法与流程

本发明属于电源控制技术领域，具体涉及一种多模式电源控制方法，尤其适用于航天产品地面环境试验中的电源控制。

背景技术：

航天产品地面环境试验的目的是要在地面试验设备中模拟航天产品在空间中所经受的各种环境以及它们的效应来检验航天产品能否经受这些环境的考验而正常工作。航天产品地面环境试验是航天产品研制过程中的一个重要环节，其中，热流模拟和温度控制的准确性对热试验结果的可靠性和有效性有重要影响。热流模拟和温度控制的形式有多种，其中，恒定热流模拟和恒定温度控制在航天产品热试验中最为常见，也最为关键。恒定热流模拟是通过程控电源给加热设备提供恒定电流或电压，从而获得恒定热流。恒定温度控制通常用于模拟地面环境试验的边界条件，通过热流的调节来控制温度恒定的边界，即不断调控加热设备输出功率的大小。因此，在航天产品环境试验中至少需要两种电源控制模式来分别模拟试验中所需的热流和温度。但是现有技术中，航天产品的地面环境试验电源控制模式只能实现单一功能，应用受限。

另外，对于一些对温度要求更严格的航天产品，如空间光学遥感器，地面环境试验中必须实现精确控温，常规的闭环控制模式控制精度在±1℃，难以实现±0.1℃的精确控温，因此，需要控温精度更高的电源控制模式。

综上，迫切需求一种具备多控制模式，能够实现精确控温的电源控制方法，来满足航天产品热试验的需求。

技术实现要素：

本发明的解决的技术问题是如何提供一种具备多控制模式，能够实现精确控温的电源控制方法。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

多模式电源控制方法，步骤如下：

步骤一、将计算机与交换机连接，将加热设备划分为与目标设备多个需要加热的位置一一对应的多个加热区，每个加热区与一个或多个程控电源的一端连接，所有程控电源的另一端均与交换机连接，在目标设备每个需要加热的位置固定一个温度传感器，所有温度传感器的一端均与温度采集仪的一端连接，温度采集仪的另一端与交换机连接；

所述计算机包括控制模块、显示模块和电源数据存储模块，温度采集仪包括温度数据存储模块；

步骤二、在计算机中创建电源配置文件，设定电源配置并保存；

所述电源配置包括电源IP地址、电源对应目标设备加热位置说明、预设电流/电压值、电源保护电流/电压、电源控制模式、目标温度值、采集的温度值在温度数据存储模块中的存储名称、温度数据存储路径、电源数据存储路径和PID控制参数；

所述电源控制模式为电源开环控制模式、电源开关控制模式或者电源PID控制模式；

步骤三、控制模块读取电源配置文件，判断电源配置文件的文件格式是否正确，如果不正确，显示模块提示错误位置，控制模块停止工作，进行步骤四，如果正确，控制模块控制程控电源初始化，进行步骤五；

步骤四、根据提示错误位置更改电源配置文件并保存，返回步骤三；

步骤五、控制模块判断程控电源的控制模式，如果是电源开环控制模式，执行步骤六，如果是电源开关控制模式，执行步骤七，如果是电源PID控制模式，执行步骤八；

步骤六、电源开环控制模式：

6a、控制模块将预设电流/电压值经交换机发送给程控电源；

6b、程控电源按指令工作，并把工作时的输出电流和输出电压经交换机反馈回控制模块；

6c、控制模块根据反馈的输出电流和输出电压计算输出功率和回路阻值，将输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值存储至电源数据存储模块，并控制显示模块实时显示程控电源的输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值；

6d、返回步骤6a，直至电源控制结束；

步骤七、电源开关控制模式：

7a、温度采集仪采集温度传感器的温度值，并将采集的温度值存储至温度数据存储模块；

7b、控制模块经交换机从温度数据存储模块读取采集的温度值，判断该温度值是否高于目标温度值，如果判定结果为是，控制模块将数值为0的输入电流/输入电压经交换机发送给程控电源，如果判定结果为否，控制模块将预设电流/电压值经交换机发送给程控电源；

7c、程控电源按指令工作，并将此时程控电源的输出电流和输出电压经交换机反馈回控制模块；

7d、控制模块根据反馈的输出电流和输出电压计算输出功率和回路阻值，将输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值存储至电源数据存储模块，并控制显示模块实时显示程控电源的输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值；

7e、返回步骤7a，直至电源控制结束；

步骤八、电源开关控制模式：

8a、温度采集仪采集温度传感器的温度值，并将采集的温度值存储至温度数据存储模块；

8b、控制模块经交换机从温度数据存储模块读取采集的温度值，计算采集的温度值与目标温度值的差值，根据PID计算公式计算程控电源的输入电流/输入电压，判断该输入电流/输入电压是否超过保护电流/电压，如果否，将该输入电流/输入电压经交换机发送给程控电源，如果是，将保护电流/电压经交换机发送给程控电源；

8c、程控电源按指令工作，并将此时程控电源的输出电流和输出电压经交换机反馈回控制模块；

8d、控制模块根据反馈的输出电流和输出电压计算输出功率和回路阻值，将输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值存储至电源数据存储模块，并控制显示模块实时显示程控电源的输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值；

8e、返回步骤8a，直至电源控制结束。

进一步的，所述计算机为多台，通过网络TCPIP协议构成局域网络，实现局域网内所有计算机都能够远程控制多个程控电源工作。

进一步的，所述温度传感器为热电偶类、热敏电阻类或者铂电阻类。

进一步的，所述步骤三中，判断电源配置文件的文件格式是否正确为：判断字段与字段之间的间隔是否相同及电源IP地址是否唯一，如是则正确，不是则不正确。

进一步的，所述步骤七中，还包括步骤7f，控制模块计算占空比。

进一步的，所述控制模块能够调用电源数据存储模块中单个/多个程控电源的历史数据，控制显示模块显示历史数据曲线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的多模式电源控制方法存在三种控制模式，可以根据使用需求的不同，灵活控制加热设备的输出功率，从而获得需要的热流或温度，在航天产品的地面环境试验中具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明的多模式电源控制方法步骤一的设备连接图；

图2为本发明的多模式电源控制方法的控制流程图；

图中，1、计算机，2、交换机，3、程控电源，4、加热设备，5、目标设备，6、温度传感器，7、温度采集仪。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明。

如图1所示，本发明的多模式电源控制方法，步骤如下：

步骤一、如图1所示，连接设备：将计算机1通过第二类网线与交换机2连接，将加热设备4划分为与目标设备5多个需要加热的位置一一对应的多个加热区，每个加热区通过铜线与一个或多个程控电源3的一端连接，所有程控电源3的另一端均通过第二类网线与交换机2连接，在目标设备5每个需要加热的位置固定一个温度传感器6，所有温度传感器6的一端均通过温度传感器接线与温度采集仪7的一端连接，温度采集仪7的另一端通过第二类网线与交换机2连接；

其中，计算机1包括控制模块、显示模块和电源数据存储模块；如果存在多台计算机1，可以利用网络TCPIP协议，构成局域网络，实现局域网内所有计算机都可远程控制多个程控电源3工作。程控电源3可以采用Agilent公司的N5700系列高精度程控直流电源，电流输出精度可达0.02A。铜线的规格可以为0.35mm²。目标设备5置于加热设备4内，可以与加热设备4接触，即加热设备4设置在目标设备5的表面，也可以不与加热设备4接触，即目标设备5置于加热设备4形成的空间内。温度传感器6的类型没有限制，可以是热电偶类、热敏电阻类或者铂电阻类。温度采集仪7包括温度数据存储模块。

步骤二、在计算机1中创建电源配置文件，设定电源配置并保存；

电源配置文件是控制模块的输入文件，也是仅有的输入文件，影响整个控制方法，电源配置文件常采用电源配置表，具体包括电源IP地址、电源对应目标设备5加热位置说明、预设电流/电压值、电源保护电流/电压、电源控制模式、目标温度值、采集的温度值在温度数据存储模块中的存储名称、温度数据存储路径、电源数据存储路径、PID控制参数等；

其中，电源IP地址可根据需要自行设定，但要保证其唯一性，电源保护电流/电压由电源自身性能决定，预设电流/电压值是本领域技术人员根据热平衡公式计算得到，预设电流/电压值和目标温度值不超过电源保护电流/电压，采集的温度值在温度数据存储模块中的名称、温度数据存储路径和电源数据存储路径根据需要设置，PID控制参数为Kp、Ki、Kd，本领域技术人员能够通过熟知方式获得，电源控制模式根据需要选择。需要说明的是，电源配置按照硬件连接存在对应关系，即电源IP地址确定后，电源对应目标设备5加热位置说明即为该IP地址的电源对应的目标设备5的加热位置，预设电流/电压值即为该IP地址的电源对应的目标设备5的加热位置的预设电流/电压值，电源保护电流/电压即为该IP地址的电源的保护电流，电源控制模式即为该IP地址的电源对应的目标设备5的加热位置需要的控制模式，目标温度值即为该IP地址的电源对应的目标设备5的加热位置的目标温度值，采集的温度值在温度数据存储模块中的存储名称即温度采集仪7采集的该IP地址的电源对应的目标设备5的加热位置处的温度传感器6的温度在温度数据存储模块中的存储名称，PID控制参数即为该目标设备5加热位置的PID控制参数；

步骤三、控制模块读取电源配置文件，并判断电源配置文件的文件格式是否正确，通常是判断字段与字段之间的间隔是否相同(如是否都是2个空格，如是则正确，不是则不正确，该判断是为了保证控制模块完整读取电源配置文件)及电源IP地址的是否唯一(如唯一则正确，如不唯一，则不正确)，如果不正确，控制模块控制显示模块提示错误位置，控制模块停止工作，进行步骤四，如果正确，控制模块控制程控电源3初始化，进行步骤五；

步骤四、根据提示错误位置更改电源配置文件并保存，返回步骤三；

步骤五、控制模块判断程控电源3的控制模式，确定模式0、模式1还是模式2，如果是模式0，执行步骤六，如果是模式1，执行步骤七，如果是模式2，执行步骤八；

步骤六、模式0为电源开环控制模式，电源开环控制即单一电流/电压控制，不将控制的结果反馈，具体过程是：

6a、控制模块将预设电流/电压值经交换机2发送给程控电源3；

6b、程控电源3按指令工作，并把工作时的输出电流和输出电压经交换机2反馈回控制模块；

6c、控制模块根据反馈的输出电流和输出电压计算输出功率和回路阻值，将输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值存储至电源数据存储模块，并控制显示模块实时显示程控电源3的输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值；

6d、返回步骤6a，直至电源控制结束。

步骤七、模式1为电源开关控制模式，电源开关控制模式为闭环控制的一种，闭环控制即将控制的结果反馈回来与设定值比较，并根据它们的比较值调整控制作用。电源开关控制模式是将反馈回来的温度测量结果与目标温度值比较，控制电源是否工作，具体控制过程为：

7a、温度采集仪7采集温度传感器6的温度值，并将采集的温度值存储至温度数据存储模块；

7b、控制模块经交换机2从温度数据存储模块读取采集的温度值，判断该温度值是否高于目标温度值，如果判定结果为是，控制模块将数值为0的输入电流/输入电压经交换机2发送给程控电源3，即程控电源3不工作，如果判定结果为否，控制模块将预设电流/电压值经交换机2发送给程控电源3；

7c、程控电源3按指令工作，并将此时程控电源3的输出电流和输出电压经交换机2反馈回控制模块；

7d、控制模块根据反馈的输出电流和输出电压计算输出功率和回路阻值，将输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值存储至电源数据存储模块，并控制显示模块实时显示程控电源3的输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值；

7e、返回步骤7a，直至电源控制结束。

该控制模式中，还可以包括步骤7f，控制模块计算占空比，即计算指定时间段内电源开启的时间占整个时间的比值，以百分比表示，所需数据直接从电源数据存储模块中读取。

步骤八、模式2为电源PID控制模式，电源PID控制为闭环控制的一种，是根据反馈回来的温度测量结果与目标温度值之间的差值，逐步调整电源输出电流/电压，从而达到精确控温的目的，具体控制过程为：

8a、温度采集仪7采集温度传感器6的温度值，并将采集的温度值存储至温度数据存储模块；

8b、控制模块经交换机2从温度数据存储模块读取采集的温度值，计算采集的温度值与目标温度的差值，根据PID计算公式计算程控电源3的输入电流/输入电压，判断该输入电流/输入电压是否超过保护电流/电压，如果否，将该输入电流/输入电压经交换机2发送给程控电源3，如果是，将保护电流/电压经交换机2发送给程控电源3；

8c、程控电源3按指令工作，并将此时程控电源3的输出电流和输出电压经交换机2反馈回控制模块；

8d、控制模块根据反馈的输出电流和输出电压计算输出功率和回路阻值，将输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值存储至电源数据存储模块，并控制显示模块实时显示程控电源3的输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值；

8e、返回步骤8a，直至电源控制结束。

本发明在实际控制过程中，根据具体需要，可以选择针对目标设备5的一个位置控制，也可以选择针对目标设备5的多个位置控制。但针对目标设备5的每个位置的控制来讲，为其加热的加热设备4的加热区、与加热设备4的加热区连接的程控电源3、感应其温度的温度传感器6，以及电源IP地址、预设电流/电压值、电源保护电流、电源控制模式、目标温度值、采集的温度值在温度数据存储模块中的名称、PID控制参数都是对应的。

本发明在实际控制过程中，显示模块显示的程控电源3的数据，根据实际需要选择，可以是显示一个程控电源3的输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值，也可以是显示多个程控电源3的的输出电压、输出电流、输出功率和回路阻值。

本发明中，控制模块能够控制显示模块显示历史曲线，历史曲线显示是以电源数据存储模块为基础，直接从电源数据存储模块中读取指定时间段内的历史数据(如采用LabSQL数据库访问工具读取)，并以曲线的形式显示，直观地反映单个/多个程控电源3的输出电压、输出电流、输出功率、回路阻值的变化过程。

本发明中，回路阻值的计算主要是用于与准备阶段测量的回路阻值进行比较，方便操作人员判断加热回路是否存在短路/断路现象，准备阶段回路阻值的测量和短路/断路的判断是本领域技术人员熟知技术。