适用于星上设备外热流模拟系统的跟踪开关模拟控温方法与流程

本发明属于航天器推进舱储箱的地面真空热试验技术领域，具体来说，本发明涉及一种用于精准模拟航天器储箱在地面进行真空热试验所用的跟踪开关外热流模拟控温方法，用于提高航天器储箱模拟在轨外热流时控温的均匀性。

背景技术：

航天器真空热试验是在规定的真空与热循环条件下验证航天器各种性能与功能的试验。它是航天器正样研制阶段多项环境模拟试验中的重要试验之一。试验的主要目的是使航天器在真空与热循环条件下暴露航天器材料和制造工艺缺陷，排除早期失效，从而大大提高航天器在轨运行的可靠性。

在航天器真空热试验中，除了要模拟真空、低温条件，更需要对航天器上各组件的温度进行控制，以准确模拟星上设备实际在轨状态，这对于验证航天器热设计的正确性，提高航天器研制质量，确保任务成功非常必要。

传统的开关外热流模拟控温方法是将电源按照开关控制方式输出，具体控制方式如下：a)控温热敏电阻温度低于控温阈值下限tmin，电源加电；b)控温热敏电阻温度高于控温阈值上限tmax，电源断电；c)控温热敏电阻温度处于控温阈值范围内，电源维持之前的状态不变。

上述传统的开关外热流模拟控温方法软件流程简单，但是这种控温方法存在如下问题：

(1)在试验过程中温度高低点偏差较大，均匀性差；

(2)在试验过程中温度控制精度低，容易造成控制超调。

综上所述，目前传统开关外热流模拟温度控制方法控制品质较低，导致试验质量不能从根本上得到保证。而航天器储箱在地面进行真空热试验时，需要精准的模拟其外热流实际在轨状态并验证热设计的正确性。为满足试验要求，提高模拟星上设备在轨外热流时控温的均匀性，避免出现超调，而提出了本发明。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种针对于航天器储箱在地面进行真空热试验用的跟踪开关外热流模拟控温系统的温度控制方法，以克服现有技术中的缺陷与不足，使其保证控温点温度均匀性，目标温度控制无超调。为实现上述目标，本发明提供如下技术方案：

航天器储箱地面真空热试验用的跟踪开关外热流模拟控温方法，包括以下步骤：

使用热敏电阻对航天器储箱各个表面温度进行分区监测，同一区域内布置主、备份各一个热敏电阻，对应一温度测点；

采集主份热敏电阻温度作为跟踪温度参考点；

各分区内相应加热回路的控制方法为：

a)在每个12s控制周期，首先判断储箱表面温度参考点的最高值tkmax和最低值tkmin；

b)若tkmax-tkmin≤4℃，则按照传统开关控制方式进行控温；

c)若tkmax-tkmin＞4℃，执行跟踪开关外热流模拟控温程序，将tkmin对应的控温回路的主、备份加热回路设置为“常通”，tkmax对应的控温回路的主、备份加热回路设置为“常断”，以预先设置好的“常通”、“常断”电流目标值驱动程控电源给红外加热笼供电，控制储箱表面温度；

d)实时比较最高值tkmax和最低值tkmin两个温度参考点的温差，当温差不大于1℃时(tkmax-tkmin≤1℃)，对应加热回路恢复成正常控温；在此期间，其它控温点按照传统开关控制方式进行控温；

e)当出现任一温度参考点的温度≤8℃或者≥35℃时，发出报错提醒，如果在执行跟踪控温程序，则退出该程序，恢复成正常控温；

f)当任意两个温度参考点的温差绝对值≥8℃时，发出报警。

优选地，跟踪开关外热流模拟控温方法采用优先保证控制点温度的均匀性。通过控制两个温度参考点最高值tkmax和最低值tkmin的“常通”和“常断”，来控制储箱表面温度，而其它控温点按照传统开关控制方式进行控温。

优选地，实时监测比较两个温度参考点最高值tkmax和最低值tkmin的温差，当温差不大于1℃时(tkmax-tkmin≤1℃)，对应加热回路恢复成正常控温；然后继续实时监测各参考点的温度值，当存在最高值tkmax和最低值tkmin的温差大于4℃时(tkmax-tkmin＞4℃)，启动新一轮的跟踪开关外热流模拟控温过程，优先保证控制点温度的均匀性。

优选地，跟踪开关外热流模拟控温方法使储箱外热流模拟控温精度达到±0.5℃，而现有的传统开关外热流模拟控温方法达不到该控温精度要求。

其中，通过监测获得储箱表面温度参考点的最高值tkmax和最低值tkmin，将二者做差得到温差，以温差4℃为标志值，分两个阶段采用两种外热流模拟控温方法建立储箱外热流实际在轨状态的真空热试验；若tkmax-tkmin≤4℃，按照传统开关控制方式进行控温；若tkmax-tkmin＞4℃，执行跟踪开关外热流模拟控温程序，将tkmin对应的加热回路设置为“常通”，即按照程序预先设置的启动电流驱动程控电源给红外笼加热，将tkmax对应的加热回路设置为“常断”，即按照程序预先设置的电流值驱动程控电源，将红外笼断电或降低其温度；建立相应控温程序的采样判断函数，获得相应电流值来驱动程控电源，从而控制储箱表面温度。

优选的，所述的跟踪开关外热流模拟控温程序具有智能监控功能。当任一温度参考点的温度≤8℃或者≥35℃时，易发生控温超调，发出报错提醒，如果在执行跟踪开关控温过程，则退出该过程，恢复成正常控温；当任意两个温度参考点的温差绝对值≥8℃时，发出报警。

本发明的跟踪开关外热流模拟控温方法可推广到所有航天器地面真空热试验中，具有广阔的应用前景，对于提高航天器真空热试验技术水平，提高整星及分系统热试验的稳定性具有重要意义。跟踪开关外热流模拟控温系统是在优先保证控制点温度均匀性的前提下，将控制点温度保持在温度阀值上、下限之间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的航天器储箱在地面进行真空热试验用的跟踪开关外热流模拟控温方法的示意图；

图2为本发明的航天器储箱在地面进行真空热试验用的跟踪开关外热流模拟控温过程的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明公开了一种航天器储箱在地面进行真空热试验用的跟踪开关外热流模拟控温方法，以解决现有技术中温度控制均匀性差、易超调的问题，具体见以下实施例。

实施例

本发明公开的航天器储箱在地面进行真空热试验用的跟踪开关外热流模拟控温方法示意图如图1所示，包括以下步骤：

步骤s11：先将航天器储箱进行分区，包括氧箱和燃箱两个分区，每个分区，分别布置主、备各1路控温回路和2路测温回路，给定控温区间为[19℃-21℃]，则控制温度阀值上、下限分别为19℃和21℃。

步骤s12：根据控温加热回路的阻值和可承受的电压计算得到红外加热笼工作电流目标值为0.238a。

步骤s13：根据步骤s12计算得到的红外加热笼工作电流，调节程控电源输出相应电流值。

步骤s14：程控电源驱动红外加热笼构成的外热流模拟加热系统，对航天器储箱2个主控温回路施加相应热流。

步骤s15：通过加热使航天器储箱表面温度变化，导致其表面固定的4个测温热敏电阻的阻值产生变化。

步骤s16：数据采集仪采集温度传感器热敏电阻的阻值，并将模拟量转变为温度的数字量提供给跟踪开关控温算法程序。

本发明公开的航天器储箱在地面进行真空热试验用的跟踪开关外热流模拟系统的温度控制方法，采用温度差分段控制的方法，将采集的储箱表面测温点的最高值tkmax和最低值tkmin做差，通过判断差值所在范围对加热回路红外笼进行相应控制，控温方法参阅图2所示。

参阅图2所示为控制区内跟踪开关外热流模拟控温算法的流程图,包括以下步骤：

步骤s21：设定最终控温阈值范围的上、下限分别为19℃和21℃；设定测温点的最高值tkmax＜19℃时，按照步骤s12启动电流0.238a驱动程控电源加热，测温点的最低值tkmin＞21℃时，程控电源断电降温；当测温点19℃≤tkmax,tkmin≤21℃时，设定温度差值tkmax-tkmin≤4℃，按照传统开关控制方式进行控温，测温点温度差值tkmax-tkmin＞4℃，执行跟踪开关外热流模拟控温程序，将tkmin对应的加热回路设置为“常通”，即按启动电流0.238a驱动程控电源加热，将tkmax对应的加热回路设置为“常断”，即程控电源断电，输出电流为0。

步骤s22：热敏电阻采集储箱表面两个控制区内4个测温点的温度。

步骤s23：在每个12s控制周期内，由程序判断获得储箱表面4个测温点的最高温度值tkmax＝21.5℃；

步骤s24：在每个12s控制周期内，由程序判断获得储箱表面4个测温点的最低温度值tkmin＝17℃。

步骤s25：计算得到测温点最高值和最低值的差值，21.5℃-17℃＝4.5℃。

步骤s26：根据步骤s22预先设定的目标温度差值控制区间，判断温度差值在21.5℃-17℃＝4.5℃＞4℃的温度区间，执行跟踪开关外热流模拟控温程序。

步骤s27：根据步骤s22预先设定的跟踪开关外热流模拟控温程序，测温点最高温度值tkmax＝21.5℃所在分区的控制回路，程控电源启动电流为0.238a；测温点最低温度值tkmin＝17℃所在分区的控制回路，程控电源启动电流为0。

步骤s28：程控电源按指令输出电流，驱动控温回路的薄膜加热器。

步骤s29：薄膜加热器释放热流，使储箱表面温度根据热流的改变而变化。

步骤s210：温度传感器热敏电阻再次采集储箱表面两个分区的4个测温点，并将本周期的温度、电流数据存储，将下一周期的温度数据提供给跟踪开关外热流模拟控温算法程序，当温差不大于1℃时(tkmax-tkmin≤1℃)，对应加热回路恢复成正常控温，并反复检测循环控制。

本发明与现有温度控制方法相比具有以下特点和有益技术效果：

(1)本发明提供了一种针对于航天器储箱在地面进行真空热试验用的跟踪开关外热流模拟控温系统的温度控制方法，将温度参考点最高值tkmax和最低值tkmin加热回路设置为“常通”和“常断”，实时监测比较两个参考点的温差，当温差不大于1℃时(tkmax-tkmin≤1℃)，对应加热回路恢复成正常控温，并反复检测循环控制。该方法解决了传统开关外热流模拟控温方法均匀性差的问题，优先保证了控制点温度的均匀性。

(2)本发明提供了一种针对于航天器储箱在地面进行真空热试验用的跟踪开关外热流模拟控温系统的温度控制方法，建立了控温程序的采样判断函数，使控温系统精度达±0.5℃，有效地解决了传统开关外热流模拟控温方法控温精度低的问题。

(3)本发明提供了一种针对于航天器储箱在地面进行真空热试验用的跟踪开关外热流模拟控温系统的温度控制方法，当满足跟踪开关模拟控温条件时，可以立即获取“常通”、“常断”条件下的启动电流值驱动程控电源，可以提高系统在启动时的控温速度，并使其升降温速率满足一定的要求，因此使得该控温方法具备快速升降温的能力。

(4)本发明提供了一种针对于航天器储箱在地面进行真空热试验用的跟踪开关外热流模拟控温系统的温度控制方法，当任一温度参考点的温度≤8℃或者≥35℃，或者任意两个温度参考点的温差绝对值≥8℃时，系统会发出报错提醒，并及时退出跟踪控温程序，使得控温系统具有智能监控功能，并可以对温度值进行实时的采集、读取、存储和调出。