[发明专利]真空低温环境下的多测点多回路并行控温系统

说明书

本发明公开了一种适用于运行在真空环境下的多测点多回路的温度并行控制系统，主要由中央控制单元(100)、温度采集单元(200)、分布式控温单元(300)组成；中央控制单元(100)用于系统控温功能的指令下发和数据传递，将中央控制端的控制信息，分别下发到温度采集接口单元(210)和分布式控温接口单元(310)，并接收温度采集接口单元(210)和分布式控温接口单元(310)发送的系统运行信息、状态信息、过程信息、数据信息等。本发明大幅提升数据采集速度，采集周期从60S提升到毫秒级，最快可达到50Hz(20ms)的采集速度，控制指令相应时间从400ms提升至5ms。

技术领域

本发明属于空间环境模拟技术领域，具体涉及一种用于真空低温环境下的多测点多回路的并行控温系统及控温方法。

背景技术

人造卫星及其他航天器在进入轨道飞行阶段后，长期处于超高真空和超低温环境中，同时受空间外热流环境的影响，为了验证卫星热设计的正确性，保证卫星长期可靠的工作，以及完成各项预定的任务，在研制卫星的过程中，必须按照试验规范的规定，在模拟空间真空、冷黑和外热流环境下对航天器系统级和组件级进行真空热试验。

真空热试验过中，温度控制的效果、稳定度、超调幅度、升温速度等，对试验的验证结果的正确性有非常重要的影响。所以控温系统是空间环境模拟器的核心系统之一。由于中大型热真空试验和小型热真空试验自身测点数量和控温回路数量不同，采用两种不同的控制方法实现试验功能。

中大型热真空试验，由于测点多和控温回路数量多(测点在200点以上、控温回路在100路以上)，所有测点均可作为温度控制反馈点。目前一般采用多功能数字万用表和程控电源进行温度测量和温度控制。可支持各类温度及热流传感器(如热电偶、铂电阻、热敏电阻、黑片热流计、方堡热流计等)。多功能数字万用表和程控电源均采用上位计算机中的软件对仪器进行远程控制、控制计算、数据记录等功能。计算机远程温度控制，试验过程中控制反馈点和加热回路可以灵活调整，控制算法在计算机中进行，可以实现复杂的控制算法。但是，该方法采用多功能万用表串行进行温度测量，一般只有一个或几个测量单元，在测量通道数较多的情况下，需要较长的时间才能完成一个周期的温度测量；控温所需的程控电源需要上位机通过通信协议驱动及状态监测，检测驱动速度较慢；所以温度测量以及程控电源驱动时间较长，使温度控制产生很长时间的滞后，影响控温效果。而且，在复杂的网络环境中，容易发生网线连接断开，或网络拥塞的情况，使上位机的控制指令无法发送到仪器中，导致控制异常。

小型热真空试验，由于测点和控温回路较少(测点在40以内、控温回路在10路以内)，温度控制反馈点仅有一个或几个且基本固定。一般使用控温仪或PLC进行本地控温，温度反馈点传感器使用铂电阻，铂电阻直接连接在控温仪或控温模块上，控温仪通过模拟量控制电源输出，完成温度控制，模拟量控制电源响应速度快，滞后性小，简单温度控制效果好。但该种温度控制方法，温度反馈点固定，在控温过程中无法通过软件进行调换，支持温度传感器类型单一，对温度传感器测量精度和电源模拟量控制精度均较低，并且单个仪器的控温通道较少，如通道要求数量较多时，仪器堆叠占用空间较大、维护难度大幅提升，硬件成本高，所以无法扩展到中大型真空热试验中。

目前中大型真空热试验的温度控制系统，硬件串行采集及控制方式速度慢，温度控制滞后性严重。小型热真空试验温度控制系统，扩展性差，温度控制点与温度监测点配置固定，试验过程中不能灵活变更属性；测温精度低；传感器类型单一。随着空间环境模拟器整体自动化水平，可靠性等要求的提高，上述问题日益凸显。现有的控制手段无法满足中大型真空热试验越来越高的控温需求。

发明内容