一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统

本发明涉及火星空间环境模拟，是一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统。

背景技术：

1、空间环境地面模拟装置的火星低气压沙尘暴模拟装置系统用于模拟火星表面环境，通过风源带动火星尘运动，模拟火星大气压力、密度和流场环境，实现火星表面沙尘环境模拟。研究火星环境物理及其对材料和飞行器系统模块的影响机制，包括极端环境下火星沙尘暴对星表活动的影响，如模拟火星尘暴和尘卷风条件下的耐压太空服评估试验；模拟火星地面风对探测器表面沙尘的聚集和吹除作用等。同时还承担火星大气物理现象的研究。

2、火星低气压尘卷风模拟装置利用风速带动沙尘运动，模拟火星表面环境，包括大气压力、密度、流场、沙尘等多因素综合环境。利用该装置可开展研究火星低气压尘卷风环境。

3、由于火星低气压沙尘暴模拟装置系统的功能复杂、舱体所占用空间较大，同时所模拟的环境具有多环境场相互耦合作用，因此对系统的控制提出了较高要求，要求能够远程安全的工作，同时实现对现场数据的采集、存储、监控。

技术实现思路

1、本发明能够实现对火星多因素综合环境模拟，本发明提出一种“回”字型风洞并进行可扩展多级控制系统设计，本发明提供了以下技术方案：

2、一种立式模拟火星舱，相较于以往的舱体，本发明将舱体沙尘喷管所处试验段与舱体链接做一个整体。

3、一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，所述系统包括：集成总控系统、集成控制系统(pxi)、环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机、真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统、piv测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪；

4、集成总控系统控制集成控制系统，所述集成控制系统控制环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机；

5、所述环境模拟设备测控计算机控制真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统，所述仪器数据采集计算机采集piv测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪的数据信息。

6、优选地，所述集成控制系统包括操纵台和工控计算机。

7、优选地，通过真空稳压系统控制气压，使得气压达到火星环境压力；风速模拟系统用于控制气体流动速度，使得内气体流动速度达到火星表面风速；沙尘系统用于提供沙尘，并控制沙尘的均匀性。

8、优选地，所述真空稳压系统设置有绝压传感器，并设置有执行器为真空泵。

9、优选地，所述风速模拟系统设置有高精度的差压传感器，通过伯努利方程计算出气体速度，并设置有执行器为引射器。

10、优选地，沙尘系统设置有传感器为粉尘浓度仪，并设置有执行器为螺旋喂料器。

11、优选地，本发明设计一套逻辑系统模块，实现对整个舱体的集成控制，并可根据现场实际情况进行拓展。

12、本发明具有以下有益效果：

13、本发明所提出控制方案能够实现对火星低气压沙尘暴模拟装置系统的多耦合因素控制。本发明主要目的是：根据试验需要设定不同的试验环境状态参数，控制各个子系统协调工作，子系统主要包括风速控制系统、舱体压力控制系统、尘浓度控制系统等。最终达到模拟火星表面的基本大气指标参数的目标。

14、本发明所述集成控制系统与集成总控系统相连接，并向总控系统传输数据，便于在总控室内实现对装置运行状态的监测控制等。

技术特征：

1.一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，其特征是：所述系统包括：集成总控系统、集成控制系统、环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机、真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统、piv测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪；

2.根据权利要求1所述的一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，其特征是：所述集成控制系统包括操纵台和工控计算机。

3.根据权利要求2所述的一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，其特征是：通过真空稳压系统控制气压，使得气压达到火星环境压力；风速模拟系统用于控制气体流动速度，使得内气体流动速度达到火星表面风速；沙尘系统用于提供沙尘，并控制沙尘的均匀性。

4.根据权利要求3所述的一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，其特征是：所述真空稳压系统设置有绝压传感器，并设置有执行器为真空泵。

5.根据权利要求4所述的一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，其特征是：所述风速模拟系统设置有高精度的差压传感器，通过伯努利方程计算出气体速度，并设置有执行器为引射器。

6.根据权利要求5所述的一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，其特征是：沙尘系统设置有传感器为粉尘浓度仪，并设置有执行器为螺旋喂料器。

技术总结
本发明是一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统。本发明所述系统包括：集成总控系统、集成控制系统、环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机、真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统、PIV测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪；本发明所提出控制方案能够实现对火星低压沙尘暴模拟装置系统的多耦合因素控制。本发明主要目的是：根据试验需要设定不同的试验环境状态参数，控制各个子系统协调工作，子系统主要包括风速控制系统、舱体压力控制系统、尘浓度控制系统等。最终达到模拟火星表面的基本大气指标参数的目标。

技术研发人员：李丽芳,陈聪斌,陈赟,姜生元,邓宗全,迟关心
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14