卫星光通信终端基于模糊pid的温度梯度稳定控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星光通信终端基于模糊PID的温度梯度稳定控制方法，属于卫星光 通信终端的温度控制技术领域。
【背景技术】
[0002] 卫星光通信星上系统工作在真空度小于1. 0X 10 3Pa，温度低于100K的真空低温 近似黑体环境下，在此条件下的控温系统是一种大滞后、非线性、数学模型很难建立的系 统。对于卫星光通信系统而言，温度对光学系统的影响程度随着通信距离增大而变大，目前 要求控温精度为<0.1 °c。
[0003] 现有的温度测量方法为：对待控制温度区域进行快速测量，若测量结果高于控制 温度，则使加热回路不加电，否则加热回路完全加电，这种控制方法要求对温度的采样速率 非常高，控温曲线不平滑，一般控温精度为< 〇. 5°c。
【发明内容】
[0004] 本发明目的是为了解决现有卫星光通信星上系统的温度测量方法要求对温度的 采样速率高，其控温精度低的问题，提供了一种卫星光通信终端基于模糊PID的温度梯度 稳定控制方法。
[0005] 本发明所述卫星光通信终端基于模糊PID的温度梯度稳定控制方法，它包括以下 步骤：
[0006] 步骤一：通过温度采集系统获取通信终端主体的局部温度c (t)，由局部温度c (t) 与通信终端主体的局部期望温度W (t)相比较，获得偏差e及偏差变化率e。；
[0007] 步骤二：模糊控制器根据偏差e、偏差变化率e。及温度采集系统的采样间隔T对 PID控制器的比例系数kp、积分系数h和微分系数k ,进行调整，获得PID控制器的比例系 数修正量Akp、积分系数修正量Aki和微分系数修正量Akd;
[0008] 步骤三：PID控制器根据偏差e和偏差变化率e。对比例系数修正量Akp、积分系数 修正量△ h和微分系数修正量△ kd进行在线修正，获得控制量u，温度控制设备根据控制量 u控制电源的电流输出量，以实现对加热片加热电流的控制，从而实现卫星光通信终端的温 度梯度稳定控制。
[0009] 偏差e的表达式为：
[0011] 偏差变化率e。的表达式为：
[0013] 控制量u的控制算式为：
[0015] 本发明的优点：本发明针对卫星光通信星上光终端空间温度环境，提出了一种基 于模糊PID的自动控温的方法，该方法涉及真空低温环境以及自动控制理论中模糊智能 PID控制控制理论。根据低温环境与期望温度差值自动整定PID参数，建立合适的控制函 数。通过控制函数所求得的加热功率与加热片阻值函数相结合，根据PID参数计算随时间 变化的输出功率，完成自动控制循环。利用本发明结合了热真空试验的实际验证情况，最终 可实现控温精度< 0. 〇l°C，比传统的PID控制系统的控温精度提高了 50倍，有效地提高了 低温真空环境下控温系统的控温性能，克服了现有技术存在的问题。
[0016] 本发明方法可以应用于卫星光通信星上系统地面环境测试、整星测试、环境试验 专检测试及发射场测试等。
【附图说明】
[0017] 图1是本发明所述卫星光通信终端基于模糊PID的温度梯度稳定控制方法的原理 框图；
[0018] 图2为模糊PID的控制器简图，图中Cl(t)为模糊的局部温度比例控制量，c 2(t)为 模糊的局部温度积分控制量，Gi(t)为局部温度比例运算，G2(t)为局部温度积分运算，G3(t) 为局部温度微分运算，H(t)为模糊的反馈运算修正量。
【具体实施方式】
【具体实施方式】 [0019] 一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述卫星光通信终 端基于模糊PID的温度梯度稳定控制方法，它包括以下步骤：
[0020] 步骤一：通过温度采集系统1获取通信终端主体的局部温度c(t)，由局部温度 C(t)与通信终端主体的局部期望温度c' (t)相比较，获得偏差e及偏差变化率e。；
[0021] 步骤二：模糊控制器2根据偏差e、偏差变化率e。及温度采集系统1的采样间隔 T对PID控制器3的比例系数kp、积分系数h和微分系数k ,进行调整，经过模糊化、近似推 理，并利用重心法对模糊量清晰化，获得PID控制器3的比例系数修正量Δ kp、积分系数修 正量Δ ki和微分系数修正量Δ k d;
[0022] 步骤三：PID控制器3根据偏差e和偏差变化率e。对比例系数修正量Δ kp、积分系 数修正量Δ1^和微分系数修正量Akd进行在线修正，获得控制量u，温度控制设备4根据 控制量u控制电源的电流输出量，以实现对加热片加热电流的控制，从而实现卫星光通信 终端的温度梯度稳定控制。
[0023] 偏差e的表达式为：
[0025] 偏差变化率e。的表达式为：
[0027] 控制量u的控制算式为：
[0029] 本发明方法可以有效的提高卫星光通信星上设备的控温性能，减少控温时间，提 高控温精度。它通过温度采集系统，获取局部温度c (t)，期望温度C'（t)，U为温度控制设 备的改变量，即电源对加热片输出的电流值；采样间隔可选择为：T = 30s。通过对三个参数 <、1^、1^进行调整，然后分别经过模糊化、近似推理和清晰化后，把得出的修正量八1^、八1^ 和A匕分别输入PID控制器中，对三个参数进行在线修正计算出控制量u，控制电源电流输 出量，实现对设备的温度控制。
[0030] 具体实施例：取采样间隔T = 30s，通过诸多铂电阻获取设备的温度数组(^(〇,将 温度数组传递给控温电脑，选定需要控温的位置并提取其当前c(t)，根据实验要求确定期 望温度c'（t)，由公式计算出偏差e和偏差变化率e。，将控制信息模糊化，确立模糊子集后 然后选定模糊子集的隶属函数，根据测温系统传递过来的温度数据以及多次试验结果分析 建立合适的模糊控制规则表，得出模糊控制量u。最后经过清晰化得到实际的配置量，进而 配置控温电源，完成光通信系统的自动控温。