本发明属于空间环境模拟技术领域，具体涉及一种用于真空低温环境下的多测点多回路的并行控温系统及控温方法。
背景技术：
人造卫星及其他航天器在进入轨道飞行阶段后，长期处于超高真空和超低温环境中，同时受空间外热流环境的影响，为了验证卫星热设计的正确性，保证卫星长期可靠的工作，以及完成各项预定的任务，在研制卫星的过程中，必须按照试验规范的规定，在模拟空间真空、冷黑和外热流环境下对航天器系统级和组件级进行真空热试验。
真空热试验过中，温度控制的效果、稳定度、超调幅度、升温速度等，对试验的验证结果的正确性有非常重要的影响。所以控温系统是空间环境模拟器的核心系统之一。由于中大型热真空试验和小型热真空试验自身测点数量和控温回路数量不同，采用两种不同的控制方法实现试验功能。
中大型热真空试验，由于测点多和控温回路数量多(测点在200点以上、控温回路在100路以上)，所有测点均可作为温度控制反馈点。目前一般采用多功能数字万用表和程控电源进行温度测量和温度控制。可支持各类温度及热流传感器(如热电偶、铂电阻、热敏电阻、黑片热流计、方堡热流计等)。多功能数字万用表和程控电源均采用上位计算机中的软件对仪器进行远程控制、控制计算、数据记录等功能。计算机远程温度控制，试验过程中控制反馈点和加热回路可以灵活调整，控制算法在计算机中进行，可以实现复杂的控制算法。但是，该方法采用多功能万用表串行进行温度测量，一般只有一个或几个测量单元，在测量通道数较多的情况下，需要较长的时间才能完成一个周期的温度测量；控温所需的程控电源需要上位机通过通信协议驱动及状态监测，检测驱动速度较慢；所以温度测量以及程控电源驱动时间较长，使温度控制产生很长时间的滞后，影响控温效果。而且，在复杂的网络环境中，容易发生网线连接断开，或网络拥塞的情况，使上位机的控制指令无法发送到仪器中，导致控制异常。
小型热真空试验，由于测点和控温回路较少(测点在40以内、控温回路在10路以内)，温度控制反馈点仅有一个或几个且基本固定。一般使用控温仪或plc进行本地控温，温度反馈点传感器使用铂电阻，铂电阻直接连接在控温仪或控温模块上，控温仪通过模拟量控制电源输出，完成温度控制，模拟量控制电源响应速度快，滞后性小，简单温度控制效果好。但该种温度控制方法，温度反馈点固定，在控温过程中无法通过软件进行调换，支持温度传感器类型单一，对温度传感器测量精度和电源模拟量控制精度均较低，并且单个仪器的控温通道较少，如通道要求数量较多时，仪器堆叠占用空间较大、维护难度大幅提升，硬件成本高，所以无法扩展到中大型真空热试验中。
目前中大型真空热试验的温度控制系统，硬件串行采集及控制方式速度慢，温度控制滞后性严重。小型热真空试验温度控制系统，扩展性差，温度控制点与温度监测点配置固定，试验过程中不能灵活变更属性；测温精度低；传感器类型单一。随着空间环境模拟器整体自动化水平，可靠性等要求的提高，上述问题日益凸显。现有的控制手段无法满足中大型真空热试验越来越高的控温需求。
技术实现要素：
为提高中大型热真空试验中温度控制的效果，适应空间环境模拟器的发展趋势，本发明采用创新的方法，结合现有大型和小型热真空试验温度控制方法的优点，在保留大型热真空试验多通道温度控制中温度反馈灵活性以及电源驱动的精度的同时，采用①高精度全并行数据采集设备提高温度测量速度；②将电源程控驱动与电源状态监测分离，提高控温过程电源响应速度；③将集中温度控制改为分布式温度控制，优化控温效果，具有良好的可扩展性。上述三处改进使温度采集和温度控制速度大幅提高，大大缩短温度控制的滞后时间，温度控制效果改进明显，提高温度控制的可靠性。同时，由于全并行以及分布式的设计，系统扩展性良好，控制滞后时间与控温效果不会因为测点数量和控温回路数量的增加而变化。
本发明的目的是为空间环境模拟器真空热试验提供一种结构简单、使用方便新的并行控温系统，解决现有多测点多回路真空热试验控制滞后严重等问题。
本发明目的是通过如下技术方案实现的：
本发明适用于运行在真空环境下的多测点多回路的温度并行控制系统，主要由中央控制单元、温度采集单元、分布式控温单元组成；
其中所述中央控制单元：包括人机交互单元、状态监控单元、中央控制接口单元、数据存储单元，所述人机交互单元用于真空低温环境下的多测点多回路的并行控温系统用户指令输入以及系统运行信息和设备状态表格化图形化输出；状态监控单元用于实时监控整个系统的通讯状态、仪器运行状态，定时通过中央控制接口单元向温度采集单元和分布式控温单元发送指令，进行电源状态检测和数据采集仪器状态检测，并接受相应的检测信息、系统通讯状态、仪器运行状态，根据信息进行系统状态判定，识别系统异常情况和超限报警情况，并将判定结果送往人机接口单元，进行系统监控状态实时显示和异常报警；
所述温度采集单元，包括温度采集接口单元、数据采集单元、采集状态检测单元；数据采集单元的所有通道均为并行采集，即每个通道均配有相应的ad转换模块，同时进行数据采集；
所述分布式控温单元，包括分布式控温接口单元、电源控制单元、控温状态检测单元，分布式控温接口单元用于接收中央控制接口单元所发送的控制指令，并将分布式控温单元所采集的系统运行信息、设备状态信息、控制过程信息等发送至中央控制单元，同时用于接收温度数据传输单元传输的温度采集单元采集计算的实时温度数据，并将数据传递到电源控制单元，进行相应的电源控制。
其中，用户指令输入的指令包括数据采集启动指令、控温启动指令、数据采集参数设定、传感器参数设定、控制回路参数设定、报警限设定。
其中，系统运行信息和设备状态表格化图形化输出包括数据采集参数、控制回路参数、传感器温度数据、电源控制数据、系统监控状态、实时温度数据曲线。
其中，系统异常包括电源通讯故障、数据采集仪器通讯故障、传感器失效、加热回路短路、加热回路短路。
其中，超限报警情况包括温度超限、电流超限、升降温速度超限。
其中，数据存储单元根据人机交互单元设定的数据存储格式和存储路径，定时保存系统数据。
其中，温度采集接口单元用于接收中央控制接口单元所发送的控制指令，并将温度采集单元所采集的系统运行信息、设备状态信息、温度数据的信息发送至中央控制单元，同时用于向分布式控温接口单元传递数据采集单元采集计算的温度数据。
其中，数据采集单元包括数据采集仪器驱动单元、并行驱动单元、传感器拟合单元、仪器寿命单元；
数据采集仪器驱动单元从人机交互单元获取采集指令、数据采集参数和用户输入指令，根据相应指令和参数，驱动数据采集仪器进行相应通道和相应类型的数据采集，提供传感器测量原始数据，并将数据信息发送到传感器拟合单元；
并行驱动单元通过硬件同步模块，实现不同数据采集仪器并行工作，不同通道测点采集时间误差低于20ms，保证数据采集的同步性，温度数据的有效性；
传感器拟合单元根据从人机交互单元获取传感器参数信息，将数据采集仪器驱动单元采集的传感器测量原始数据，经过相应拟合计算，换算成温度数据；
仪器寿命单元记录各仪器各通道累积使用次数和累积运行时间，当累积使用次数和累积运行时间达到使用维护阀值，该单元会发出维护与检测提示，并将信息发送到状态监控单元，提示用户进行相应的维护程序。
其中，采集状态检测单元定时检测温度采集单元的运行状态，并将数据发送至状态监控单元，进行相应的判断处理。
进一步地，所述运行状态包括数据采集仪器运行状态、通讯状态、传感器工作状态。
其中，电源控制单元包括电源驱动单元、参数整定单元、控制策略单元、并行驱动单元、电源寿命单元；
电源驱动单元从人机交互单元获取控制指令，根据控制策略单元要求的电源输出参数，通过程控方式控制电源的电流和电压输出；
参数整定单元通过人机交互单元选择需要参数整定的控制回路，根据参数自整定算法，进行pid或pi控制策略参数自整定，整定过程结束后，将整定后的参数返回到人机交互单元进行输出；
控制策略单元从人机交互单元获取控制参数和预设的控制策略，根据温度采集单元反馈各控温回路的温度信息进行温度控制；
并行驱动单元：对程控电源进行并行驱动调度，保证控制指令的响应速度小于20ms；
电源寿命单元记录每台程控电源累积运行时间，当累积运行时间达到使用维护阀值，该单元会发出维护与检测提示，并将信息发送到状态监控单元，提示用户进行相应的维护程序。
其中，所述控温状态检测单元定时检测分布式控温单元的运行状态。
其中，所述控温状态检测单元将检测结果定时通过分布式控温接口单元发送到中央控制单元，在状态监控单元对检测信息进行判断处理，将电源及回路实时状态通过人际交互单元进行显示。
其中，运行状态包括程控电源运行状态、通讯状态、加热回路状态。
进一步地，加热回路状态检测是在每台电源输出端处安装电流互感器，电压变送器，将电源输出信号转换为0-10v，并接入分布式控温单元的测量模块中，通过检测电源输出电流和电压，对电源及回路状态进行检测。
其中，在分布式控温单元控制器中，开辟6个独立线程，将每个电源机柜中30台程控电源平均分配到6个线程中进行，即每个线程有5台程控电源，单台电源指令相应时间为2-3ms，5台程控电源指令相应时间为15ms。
本发明的真空低温环境下的多测点多回路并行控温系统具有以下改进效果：
温度测点采集采用高精度全并行数据采集模块，大幅提升数据采集速度，采集周期从60s提升到毫秒级，最快可达到50hz(20ms)的采集速度；将控温程控电源输出控制和控温回路检测分开，使程控电源驱动时间不依赖电源自身性能，指令相应时间从400ms提升至5ms；解决中大型空间环境模拟器真空热试验中，多测点、多测量通道时，由于温度数据采集时间长、程控电源驱动速度慢等造成的温度控制滞后严重的难题；
由于温度测点采集采用全并行模块替代原有串行采集仪器，控温回路集中温度控制改为分布式温度控制，系统具有良好的可扩展性，可根据实际试验需求增加或减少相应模块，适应不同测点数量和回路数量要求，由于系统并行及分布式特点，系统扩展不会影响采集和控制时间，不影响温度控制系统性能，解决中大型空间环境模拟器系统规模扩展，影响温度控制效果的问题；
本发明兼容真空热试验使用的不同温度传感器，可以根据传感器使用要求，单独设定拟合计算参数；温度控制点和温度监测点可在试验过程中根据需求任意配置，尤其在面对热模型复杂的试验对象时，可进行解耦处理。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单介绍：。
图1为本发明的适用于运行在真空环境下的多测点多回路的温度并行控制系统的结构框图；
图2为本发明的适用于运行在真空环境下的多测点多回路的温度并行控制系统中数据采集单元的结构框图；
图3为本发明的适用于运行在真空环境下的多测点多回路的温度并行控制系统中电源控制单元的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但这仅仅是示例性的，并不旨在对本发明的保护范围进行任何限制。以下介绍的是作为本发明内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。
如图1所示，其示出一种用于真空低温环境下的多测点多回路的并行控温系统的组成结构图。系统包括中央控制单元(100)、数据采集单元(200)、分布式控温单元(300)。
其中所述中央控制单元(100)：包括人机交互单元(110)、状态监控单元(120)、中央控制接口单元(130)、数据存储单元(140)，作为系统主要控制单元，中央控制单元(100)主要用于参数下发、指令下发、硬件资源调度、人机交互、数据存储等。其中，温度采集单元(200)主要用于传感器数据采集、温度数据拟合计算和采集状态检测。使用高精度并行数据采集模块和相应的并行驱动方法，实现高精度数据采集的同时(不低于6位半或ad转换精度不低于24位)模块所有通道均为并行采集，采集速度不低于50hz；可根据温度传感器不同，选用相应的采集模块，可以完成热电偶、热敏电阻、铂电阻的数据采集。通道数可以通过增加相应数据采集模块进行任意数量扩展，不影响采集速度和采集精度，满足控温速度要求；
人机交互单元(110)：是用于真空低温环境下的多测点多回路的并行控温系统用户指令输入(如数据采集启动指令、控温启动指令、数据采集参数设定、传感器参数设定、控制回路参数设定、报警限设定等)以及系统运行信息和设备状态表格化图形化输出(如数据采集参数、控制回路参数、传感器温度数据、电源控制数据、系统监控状态、实时温度数据曲线等)；
状态监控单元(120)：用于实时监控整个系统的通讯状态、仪器运行状态等，定时通过中央控制接口单元(130)向温度采集单元(200)和分布式控温单元(300)发送指令，进行电源状态检测和数据采集仪器状态检测，并接受相应的检测信息、系统通讯状态、仪器运行状态等，根据信息进行系统状态判定，识别系统异常情况(如电源通讯故障、电源输出故障、数据采集仪器通讯故障、数据采集仪器采集故障、传感器失效、加热回路短路、加热回路断路等)和超限报警情况(如温度超限、电流超限、升降温速度超限等)，并将判定结果送往人机接口单元(110)，进行系统监控状态实时显示和异常报警；
中央控制接口单元(130)：用于系统控温功能的指令下发和数据传递，将中央控制端的控制信息，分别下发到温度采集接口单元(210)和分布式控温接口单元(310)，并接收温度采集接口单元(210)和分布式控温接口单元(310)发送的系统运行信息、状态信息、过程信息、数据信息等；
数据存储单元(140)：根据人机交互单元(110)设定的数据存储格式和存储路径，定时保存系统数据；
所述温度采集单元(200)，包括温度采集接口单元(210)、数据采集单元(220)、采集状态检测单元(230)；该单元的核心是高精度并行数据采集模块，采集精度不低于6位半(或ad转换精度不低于24位)。模块所有通道均为并行采集，即每个通道均配有相应的ad转换模块，可以同时进行数据采集，低精度采集速度不低于50hz，高精度采集速度不低于1hz。模块可根据温度传感器不同，选用相应的采集模块，可以完成热电偶、热敏电阻、铂电阻的数据采集。通道数可以通过增加相应数据采集模块进行任意数量扩展，不影响采集速度和采集精度。
温度采集接口单元(210)：用于接收中央控制接口单元(130)所发送的控制指令，并将温度采集单元(200)所采集的系统运行信息、设备状态信息、温度数据等信息发送至中央控制单元(100)，同时用于向分布式控温接口单元(310)传递数据采集单元(220)采集计算的温度数据；
数据采集单元(220)：包括数据采集仪器驱动单元(221)、并行驱动单元(222)、传感器拟合单元(223)、仪器寿命单元(224)；
数据采集仪器驱动单元(221)：该单元从人机交互单元(110)获取采集指令、数据采集参数等用户输入指令，根据相应指令和参数，驱动数据采集仪器进行相应通道和相应类型的数据采集，提供传感器测量原始数据，并将数据信息发送到传感器拟合单元(223)；
并行驱动单元(222)：测点数量较多需要多台数据采集仪器同时工作，通过硬件同步模块，实现不同数据采集仪器并行工作，不同通道测点采集时间误差低于20ms，保证数据采集的同步性，温度数据的有效性；
传感器拟合单元(223)：该单元根据从人机交互单元(110)获取传感器参数等信息，将数据采集仪器驱动单元(221)采集的传感器测量原始数据，经过相应拟合计算，换算成温度数据；
仪器寿命单元(224)：记录各仪器各通道累积使用次数和累积运行时间，当累积使用次数和累积运行时间达到使用维护阀值，该单元会发出维护与检测提示，并将信息发送到状态监控单元(120)，提示用户进行相应的维护程序。
采集状态检测单元(230)：该单元定时检测温度采集单元(200)的运行状态，包括数据采集仪器运行状态(监视故障代码)、通讯状态、传感器工作状态等，并将数据发送至状态监控单元(120)，进行相应的判断处理。
分布式控温单元(300)：包括分布式控温接口单元(310)、电源控制单元(320)、控温状态检测单元(330)。将程控电源以机柜为单位划分，每个机柜安装一个分布式控温单元。其中，分布式控温单元(300)主要用于驱动程控电源输出，温度控制、控温状态检测等，通过程控方式控制电源的电流和电压输出，电流电压设定不确定度不低于0.2％和0.5％，设定分辨率均不低于0.2‰，控制指令响应速度优于20ms；电流电压监测不确定度不低于0.2％和0.7％，设定分辨率均不低于0.2‰；控温过程中，反馈点、控制策略以及控制参数，均可随时灵活调整，适应试验过程中的不同控制要求。
分布式控温接口单元(310)：用于接收中央控制接口单元(130)所发送的控制指令，并将分布式控温单元(300)所采集的系统运行信息、设备状态信息、控制过程信息等发送至中央控制单元(100)，同时用于接收温度数据传输单元(210)传输的温度采集单元(200)采集计算的实时温度数据，并将数据传递到电源控制单元(320)，进行相应的电源控制；
电源控制单元(320)：包括电源驱动单元(321)、参数整定单元(322)、控制策略单元(323)、并行驱动单元(324)、电源寿命单元(325)；
电源驱动单元(321)：该单元从人机交互单元(110)获取控制指令，根据控制策略单元(323)要求的电源输出参数，通过程控方式控制电源的电流和电压输出，电流电压设定不确定度不低于0.2％和0.5％，设定分辨率均不低于0.2‰；
参数整定单元(322)：通过人机交互单元(110)选择需要参数整定的控制回路，根据参数自整定算法，进行pid或pi控制策略参数自整定，整定过程结束后，将整定后的参数返回到人机交互单元(110)进行输出；
控制策略单元(323)：该单元从人机交互单元(110)获取控制参数和预设的控制策略，根据温度采集单元(200)反馈各控温回路的温度信息进行温度控制；各回路之间控温相互独立，反馈温度点和控制参数可在试验前和试验中根据需要随意配置修改；单元预设多种控制策略，可通过人机交互单元(110)对控制策略进行添加、编辑等修改，满足不同试验的温度控制要求；
并行驱动单元(324)：对程控电源进行并行驱动调度，保证控制指令的响应速度由于20ms；在分布式控温单元(300)控制器中，开辟6个独立线程，将每个电源机柜中30台程控电源平均分配到6个线程中进行，即每个线程有5台程控电源，单台电源指令相应时间为2-3ms，5台程控电源指令相应时间为15ms，保证程控电源驱动的同步性，控温的有效性；
电源寿命单元(325)：记录每台程控电源累积运行时间，当累积运行时间达到使用维护阀值，该单元会发出维护与检测提示，并将信息发送到状态监控单元(120)，提示用户进行相应的维护程序。
控温状态检测单元(330)：该单元定时检测分布式控温单元(300)的运行状态，包括程控电源运行状态(监视故障代码)、通讯状态、加热回路状态等，加热回路状态检测是在每台电源输出端处安装电流互感器，电压变送器，将电源输出信号转换为0-10v，并接入分布式控温单元(200)的测量模块中，通过检测电源输出电流和电压，对电源及回路状态进行检测，电流电压监测不确定度不低于0.2％和0.7％，设定分辨率均不低于0.2‰，将检测结果定时通过分布式控温接口单元(210)发送到中央控制单元(100)，在状态监控单元(120)对检测信息进行判断处理，将电源及回路实时状态通过人际交互单元(110)进行显示；
本发明涉及的用于真空低温环境下的多测点多回路的并行控温系统，重新设计系统结构，将控温系统分为中央控制单元、温度采集单元和分布控温单元，每部分由若干个功能子单元组成，三者通过中央控制接口单元(130)温度采集接口单元(210)及分布式控温接口单元(310)进行功能调用及数据交互。通过重新设计温度采集单元(采用高精度全并行数据采集模块提升温度采集速度)和温度控制单元(控温程控电源输出控制和控温回路检测分开，减少电源驱动相应时间)降低温度控制滞后程度，提升了温度控制效果；通过温度并行采集和分布式温度控制，提高了控温系统的扩展性，解决中大型空间环境模拟器系统规模扩展，影响温度控制效果的问题；并且增加了各系统状态检测和监控功能，提高了系统的可靠性。本发明具有以下特点：①采用并行、分布式控制方式，系统可灵活扩展，不会影响系统性能；②温度控制点和温度监测点可在试验过程中根据需求任意配置，尤其在面对热模型复杂的试验对象时，可进行解耦处理；③并行控温速度快，解决控温过程中的大滞后问题。实现了中大型空间环境模拟器多测点多回路并行控温系统，大幅提高试验中温度控制效果，降低试验操作难度。
尽管上文对本发明专利的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明专利的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明专利的保护范围之内。