本發(fā)明涉及航天器熱試驗，特別涉及一種空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法及其系統(tǒng)。

背景技術：

1、衛(wèi)星空間環(huán)境熱試驗是環(huán)境適應性和環(huán)境可靠性試驗，是空間環(huán)境工程最為重要的內(nèi)容，用于驗證產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。衛(wèi)星熱平衡試驗的主要目的之一是獲取衛(wèi)星極端高溫工況和極端低溫工況的溫度數(shù)據(jù)。熱真空試驗的高溫、低溫、升降溫速率和冷熱浸循環(huán)是獲取衛(wèi)星高低溫工況溫度數(shù)據(jù)的條件。通過溫度測控軟件控制紅外模擬設備和電源系統(tǒng)模擬外熱流狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)采集設備獲得衛(wèi)星溫度數(shù)據(jù)。

2、衛(wèi)星等航天器在真空低溫空間環(huán)境下進行航天產(chǎn)品熱平衡熱真空試驗時，溫度測控軟件通常采用傳統(tǒng)的pid控制，或者手動控制。該方法存在如下問題，第一，由于試驗產(chǎn)品和試驗工況不同，試驗產(chǎn)品熱負荷或表面特性等被控對象特征參數(shù)不同，常規(guī)的pid控制不能根據(jù)被控對象參數(shù)的變化自動調(diào)整自身的參數(shù)值，每次試驗的pid參數(shù)對應的控制系數(shù)也很難一次確定，且由于溫度控制系統(tǒng)本身的滯后性、非線性等因素導致產(chǎn)品溫度控制過程會出現(xiàn)較大的超調(diào)量和震蕩。對于嚴格控制產(chǎn)品溫度范圍的衛(wèi)星等航天器是不能接受的。第二，在試驗中溫度控制調(diào)節(jié)過程長，常常需要人員根據(jù)經(jīng)驗手動干預，溫度控制過程效率低且溫度控制結(jié)果一致性較差。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法及其系統(tǒng)，旨在能夠適應不同參試產(chǎn)品的物理特性，控制其升降溫階段的溫變速率，使其具備既能快速達到目標溫度又無超調(diào)，提高試驗過程控制效率。

2、本發(fā)明提供一種空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法，包括以下步驟：

3、s1.設置航天器各加熱分區(qū)對應溫度測點的目標溫度值，包括高溫工況溫度、低溫工況溫度，并設置各工況溫度保持時間，設置變溫速度，設置高溫工況、低溫工況自動循環(huán)次數(shù)；

4、s2.執(zhí)行溫度自動循環(huán)控制；

5、s3.航天器通過控制加熱器的功率輸出值，按照預設變溫速度升溫，確定各加熱分區(qū)對應測點溫度達到高溫工況溫度，開始高溫保持并計時；

6、s4.計時結(jié)束后航天器開始通過控制加熱器的功率輸出值，按照預設變溫速度降溫，確定各加熱分區(qū)對應測點溫度達到低溫工況溫度，開始低溫保持并計時；

7、s5.計時結(jié)束后重復執(zhí)行步驟s3和s4，直至自動循環(huán)次數(shù)達到預設的循環(huán)次數(shù)。

8、作為本發(fā)明的進一步改進，所述高溫工況溫度包括熱平衡高溫工況溫度、熱真空高溫工況溫度，所述低溫工況溫度包括熱平衡低溫工況溫度、熱真空低溫工況溫度。

9、作為本發(fā)明的進一步改進，所述加熱分區(qū)對應溫度測點為對應加熱分區(qū)中的一個控溫點，或?qū)訜岱謪^(qū)中多個控溫點的平均值。

10、作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟s3和s4中，以各加熱分區(qū)對應溫度測點全部達到目標溫度值時開始計時。

11、作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟s2中，溫度自動循環(huán)控制的執(zhí)行方式包括預約定時執(zhí)行或者立即執(zhí)行。

12、作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟s3和s4中，控制加熱器的功率輸出，使溫度值達到目標溫度并穩(wěn)定的控制過程包括以下步驟：

13、a1.根據(jù)航天器在真空低溫環(huán)境下的目標溫度值，將低溫工況至高溫工況目標溫度值之間劃分多個溫度區(qū)間，對每個溫度區(qū)間分別預設初始電流輸出值；在溫度區(qū)間設置多個溫度誤差區(qū)間，在每個溫度誤差區(qū)間預設調(diào)溫速度、調(diào)溫速度誤差、電流調(diào)節(jié)步長、初始電流偏置量；

14、a2.開始溫度采樣，監(jiān)控在真空低溫環(huán)境下航天器各組件當前的溫度值；

15、a3.設置目標溫度值，由設置的溫度區(qū)間輸出電流初始設定值；

16、a4.檢查當前溫度值與目標溫度值的誤差范圍，由溫度誤差區(qū)間設置輸出調(diào)溫速度值，計算當前調(diào)溫速度，如果當調(diào)溫速度小于溫度誤差區(qū)間設定的調(diào)溫速度值，電流輸出值按電流調(diào)節(jié)步長增加，如果當前調(diào)溫速度大于溫度誤差區(qū)間設定的調(diào)溫速度值，電流輸出值按電流調(diào)節(jié)步長減少，如果當前調(diào)溫速度在溫度誤差區(qū)間設定的調(diào)溫速度范圍內(nèi)，電流輸出值保持不變；

17、a5.當前溫度按設定調(diào)溫速度變化后，跳轉(zhuǎn)至下一個溫度誤差區(qū)間，重復執(zhí)行步驟a4直到當前溫度誤差減少到pid控制的誤差啟動范圍內(nèi)；

18、a6.啟動pid控制，pid積分累積賦值給電流初始設定值，通過抗飽和積分pid算法，限制積分累積值不超過最大電流值或最小電流值，通過判斷控制量的范圍，動態(tài)調(diào)整pid積分的累積。

19、作為本發(fā)明的進一步改進，在步驟s5結(jié)束后，還包括步驟：s6.保持加熱器的功率輸出值不變，并提示溫度自動循環(huán)結(jié)束。

20、本發(fā)明還提供一種空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控系統(tǒng)，用于執(zhí)行所述的空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法，包括數(shù)據(jù)采集儀器、溫度傳感器、加熱器、程控電源、熱流測量控制單元，所述數(shù)據(jù)采集儀器、溫度傳感器、加熱器、程控電源、熱流測量控制單元均安裝在航天器的試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)；所述數(shù)據(jù)采集儀器用于采集溫度傳感器的數(shù)據(jù)，所述溫度傳感器用于感知高溫工況溫度、低溫工況溫度，所述加熱器用于按照預設變溫速度進行功率輸出，所述程控電源用于向加熱器輸出電壓電流，所述熱流測量控制單元控制數(shù)據(jù)采集儀器采集溫度傳感器數(shù)據(jù)、控制程控電源向加熱器輸出電壓電流數(shù)據(jù)，采集包括時間、工況溫度、變溫速度、循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)。

21、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的溫度調(diào)控方法，適用于不同熱容試驗產(chǎn)品的溫度調(diào)節(jié)，變溫速度大于或小于預設變溫速度時能自動調(diào)節(jié)輸出熱流值，使變溫速度控制在預設的閾值范圍內(nèi)，該溫度控制方法具備升降溫速率可設置；通過預設調(diào)溫調(diào)節(jié)過程和循環(huán)次數(shù)，實現(xiàn)溫度循環(huán)的自動切換控制，減少試驗人員頻繁手動溫度控制干預程度。

技術特征：

1.一種空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法，其特征在于，所述高溫工況溫度包括熱平衡高溫工況溫度、熱真空高溫工況溫度，所述低溫工況溫度包括熱平衡低溫工況溫度、熱真空低溫工況溫度。

3.根據(jù)權利要求1所述的空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法，其特征在于，所述加熱分區(qū)對應溫度測點為對應加熱分區(qū)中的一個控溫點，或?qū)訜岱謪^(qū)中多個控溫點的平均值。

4.根據(jù)權利要求1所述的空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟s3和s4中，以各加熱分區(qū)對應溫度測點全部達到目標溫度值時開始計時。

5.根據(jù)權利要求1所述的空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟s2中，溫度自動循環(huán)控制的執(zhí)行方式包括預約定時執(zhí)行或者立即執(zhí)行。

6.根據(jù)權利要求1所述的空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法，其特征在于，所述步驟s3和s4中，控制加熱器的功率輸出，使溫度值達到目標溫度并穩(wěn)定的控制過程包括以下步驟：

7.根據(jù)權利要求1所述的空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法，其特征在于，在步驟s5結(jié)束后，還包括步驟：

8.一種空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控系統(tǒng)，用于執(zhí)行權利要求1至7任一項所述的空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法，其特征在于，包括數(shù)據(jù)采集儀器、溫度傳感器、加熱器、程控電源、熱流測量控制單元，所述數(shù)據(jù)采集儀器、溫度傳感器、加熱器、程控電源、熱流測量控制單元均安裝在航天器的試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控系統(tǒng)內(nèi)；所述數(shù)據(jù)采集儀器用于采集溫度傳感器的數(shù)據(jù)，所述溫度傳感器用于感知高溫工況溫度、低溫工況溫度，所述加熱器用于按照預設變溫速度進行功率輸出，所述程控電源用于向加熱器輸出電壓電流，所述熱流測量控制單元控制數(shù)據(jù)采集儀器采集溫度傳感器數(shù)據(jù)、控制程控電源向加熱器輸出電壓電流數(shù)據(jù)，采集包括時間、工況溫度、變溫速度、循環(huán)次數(shù)的數(shù)據(jù)。

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及航天器熱試驗技術領域，特別涉及一種空間環(huán)境熱試驗衛(wèi)星溫度調(diào)控方法及其系統(tǒng)。其方法包括步驟：S1.設置航天器各加熱分區(qū)對應溫度測點的目標溫度值，包括高溫工況溫度、低溫工況溫度，并設置各工況溫度保持時間，設置變溫速度，設置自動循環(huán)次數(shù)；S2.執(zhí)行溫度自動循環(huán)控制；S3.通過控制加熱器按照預設變溫速度升溫，確定各加熱分區(qū)對應測點溫度達到高溫工況溫度，開始高溫保持并計時；S4.計時結(jié)束后通過控制加熱器按照預設變溫速度降溫，確定各加熱分區(qū)對應測點溫度達到低溫工況溫度，開始低溫保持并計時；S5.重復步驟S3和S4，直至達到預設的循環(huán)次數(shù)。本發(fā)明能夠適應不同參試產(chǎn)品的物理特性，提高試驗過程控制效率。

技術研發(fā)人員：郭紅運,梁曉華,劉翰,蒙利發(fā),劉歡欣,孫家騰
受保護的技術使用者：深圳航天東方紅衛(wèi)星有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/15