一种基于归一化的混合型高精度温控方法与流程

1.本发明涉及一种基于归一化的混合型高精度温控方法，用于对航天器实现高精度温控，属于温度控制技术领域。


背景技术：

2.随着航天技术发展，一些高精度测量部件如光学敏感器件、加速度计等对温度控制精度提出了更高的要求，高精度温控能够为测量部件提供温度稳定的工作环境，以及减少热变形对其测量精度的影响。这些高精度测量部件对温度控制的准确度及稳定度要求越来越高，一些仪器设备的温控稳定性指标要求优于毫k级。
3.航天器的热控一般采用被动热控和主动温控补偿相结合的设计方式，为保证关键仪器设备温控的准确度和稳定度，对主动温控方法提出了更高的要求。传统的开关式主动温控方法无法满足高精度要求。对于应用普通型的pid计算温控周期方法，其比例系数、积分系数、微分系数取值范围难以确定，需要不断调整摸索，且温控周期一旦变化，上述比例系数、积分系数、微分系数还需重新调整。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种基于归一化的混合型高精度温控方法，解决了现有技术中温控精度低、调节方式复杂的技术问题，本发明实现了航天器高精度主动温控，具备控温精度高、参数易调整等优点。
5.为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种基于归一化的混合型高精度温控方法，包括：
7.(1)根据预先设置的温控阈值下限t
min
和温控阈值上限t
max
得到温控目标温度t
target
；
8.(2)在第k个温控周期，采集被控设备的实际温度值t(k)，k＝1，2，3，
……
；
9.(3)根据温控阈值下限t
min
、温控阈值上限t
max
、温控目标温度t
target
和被控设备的实际温度值t(k)得到第k个温控周期的归一化温度偏差e(k)：
10.e(k)＝(t
target-t(k))
×
2/(t
max-t
min
)；
11.(4)根据第k个温控周期的归一化温度偏差e(k)和前k-1个温控周期的积分误差sumerr(k-1)得到第k个温控周期的积分误差sumerr(k)；
12.(5)根据第k个温控周期的归一化温度偏差e(k)和积分误差sumerr(k)得到加热回路的期望输出占空比dr(k)；
13.(6)控制加热回路的输出占空比为dr(k)；
14.(7)在第k+1个温控周期，返回步骤(2)。
15.进一步的，步骤(1)中，t
target
＝(t
min
+t
max
)/2。
16.进一步的，步骤(4)中，sumerr(k)＝sumerr(k-1)+e(k)；
17.积分误差的初始值sumerr(0)＝0。
18.进一步的，步骤(5)中，根据第k个温控周期的归一化温度偏差e(k)和积分误差sumerr(k)得到加热回路的期望输出占空比dr(k)的方法为：
19.当e(k)≥1，则dr(k)＝100％；
20.若e(k)≤-1，则dr(k)＝0％；
21.若-1《e(k)《1，采用pid方法计算占空比。
22.进一步的，若-1《e(k)《1，采用偏置pid方法计算占空比，具体为：
23.dr(k)＝bias+kp
×
e(k)+ki
×
sumerr(k)+kd
×
[e(k)-e(k-1)]；
[0024]
其中，kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，bias为偏置占空比，用于调整温控稳定性。
[0025]
进一步的，kp、ki、kd、bias的取值范围为0～1。
[0026]
进一步的，步骤(6)中，dr(k)》100％，则令dr(k)＝100％，若dr(k)《0，则令dr(k)＝0。
[0027]
进一步的，在第k个温控周期开始时执行步骤(5)，在第k个温控周期内执行步骤(6)。
[0028]
进一步的，步骤(1)中，温控目标温度t
target
由相应软件根据预先设置的温控阈值下限t
min
和温控阈值上限t
max
自主计算。所述相应软件可选用星务中心计算机软件。
[0029]
进一步的，温控阈值下限t
min
、温控阈值上限t
max
、偏置占空比bias、比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd的值以表的形式存储在flash/eeprom以及ram中，通过遥控修改。
[0030]
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0031]
(1)本发明基于归一化的混合型高精度温控方法，创造性的基于一种归一化温度偏差的计算方法，在保证控温精度的基础上，有效简化了控温过程；
[0032]
(2)本发明满足航天器高精度温度控制需求，通过设置温控阈值上下限，自主计算温控目标，同时具备基于阈值温控快速收敛以及基于pid温控精度高的优点；
[0033]
(3)本发明pid温控过程中，基于归一化，将比例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd取值范围限制在0～1，为各自所占的比重，参数直观易调节；同时通过偏置占空比bias等参数设置可以实现不同温控策略，包括：当bias不等于0时，为归一化偏置pid；当bias等于0时，为归一化pid；当设置bias＝0.5，kp＝0.5，ki＝0，kd＝0时，为归一化比例温控方法，具有方法通用性强等优点；
[0034]
(4)本发明中的计算输出直接为加热回路输出期望占空比dr(k)，范围为0～1，不受温控周期长短变化影响。
附图说明
[0035]
图1为本发明一种基于归一化的混合型高精度温控方法的流程图。
具体实施方式
[0036]
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0037]
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各
种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0038]
本发明提出一种基于归一化的开关加偏置pid混合型高精度温控方法，实现航天器高精度主动温控。其计算输出直接为加热回路归一化输出占空比，范围为0～1，不受温控周期长短变化影响；通过归一化误差计算，比例系数、积分系数以及微分系数取值范围为0～1，为各自所占的比重，参数直观易调节；通过偏置占空比bias参数设置可以调整平均期望占空比，并可实现不同温控策略，具有方法通用性强等优点。
[0039]
如图1所示，本发明一种基于归一化的混合型高精度温控方法，包括如下步骤：
[0040]
(1)根据预先设置的温控阈值下限t
min
及温控阈值上限t
max
，计算温控目标温度t
target
＝(t
min
+t
max
)/2，初始化积分误差sumerr＝0，进入步骤(2)；
[0041]
(2)在第k个温控周期，采集被控设备的实际温度值为t(k)，进入步骤(3)；
[0042]
(3)计算归一化温度偏差e(k)＝(t
target-t(k)
×
2/(t
max-t
min
)，进入步骤(4)；
[0043]
(4)计算积分误差sumerr＝sumerr+e(k)，进入步骤(5)；
[0044]
(5)利用归一化温度偏差e(k)、积分误差sumerr，采用开关加偏置pid混合方法计算加热回路期望输出占空比dr(k)，进入步骤(6)；
[0045]
(6)若dr(k)》100％，则置dr(k)＝100％，若dr(k)《0，则置dr(k)＝0，根据占空比dr(k)，进行加热回路输出控制，进入步骤(7)；
[0046]
(7)等待下一个温控周期，k＝k+1，返回步骤(2)。
[0047]
进一步的，温控目标温度t
target
由软件自主计算。
[0048]
进一步地，所述步骤(5)中采用开关加偏置pid混合方法计算加热回路输出占空比，其方法为：若e(k)≥1，说明实际温度值t(k)小于等于温控阈值下限t
min
，则加热回路期望输出占空比dr(k)＝100％，若e(k)≤-1，说明实际温度值t(k)大于等于温控阈值上限t
max
，则加热回路期望输出占空比dr(k)＝0％；若-1《e(k)《1，采用偏置pid方法计算占空比。
[0049]
进一步地，所述采用偏置pid方法计算占空比，方法如下：
[0050]
dr(k)＝bias+kp
×
e(k)+ki
×
sumerr+kd
×
[e(k)-e(k-1)]；
[0051]
其中kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，bias为偏置占空比。
[0052]
进一步地，所述比例系数kp，积分系数ki，微分系数kd，其取值范围为0～1，为各自误差所占的比重，可通过遥控修改。
[0053]
进一步地，所述偏置占空比bias，其取值范围为0～1，可根据被控对象加热回路的平均期望占空比，调整偏置占空比bias设置，使温控稳定性更高。可通过遥控修改，当bias修改为0时，为归一化无偏置pid方法；当设置bias＝0.5，kp＝0.5，ki＝0，kd＝0时，为归一化比例温控方法，即占空比可在控温区间按比例输出；当kd＝0时为归一化pi方法。
[0054]
进一步地，所述步骤(1)中的温控阈值下限t
min
以及温控阈值上限t
max
可通过遥控修改，修改阈值后重新初始化e(k-1)、sumerr等误差。
[0055]
实施例：
[0056]
本发明提供一种基于归一化的混合型高精度温控方法，首先计算实际温度值和温控目标温度之间的归一化温度偏差，根据偏置直接控制加热回路的平均期望输出占空比，并利用归一化pid+开关控制的方式控制加热回路的实际输出占空比。
[0057]
本发明的温控阈值下限t
min
、温控阈值上限t
max
、偏置占空比bias、比例系数kp、积分系数ki、微分系数kd可通过表的方式存储在flash/eeprom以及ram中，能够通过遥控修
改，星载参数存储表示如表1所示。
[0058]
表1星载参数存储表示例
[0059][0060]
经试验表明，本温控算法控温稳定度优于0.03℃/轨。
[0061]
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
[0062]
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。