[发明专利]一种太阳能电池板温度控制方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池板地面试验领域，具体涉及一种用于航天器太阳电池板温度控制方法。

背景技术

航天器的能源要靠太阳电池板来供给，为保证空间环境下能正常工作，太阳电池板都需要做热真空试验，以在规定的压力与温度条件下暴露其材料和工艺缺陷。电池板热真空试验中使用红外灯阵对电池板进行加热，通过程控电源驱动红外灯对电池板表面进行加热。使用热电偶采集太阳电池板表面温度与设定目标温度对比，计算控制量。进行闭环控制。

现有温度控制方法，采用的是固定参数PID算法，目前该方法存在如下问题：

(1)由于在不同温度下控制器与电池板特性不同，因此使用固定参数的控制算法会造成控制超调、震荡。特别是当红外灯工作在小电流状态下，其滞后性较强，更易导致控制出现超调与震荡。

(2)目前控温方法无法实现电池板按给定速率升、降温。而试验对升、降温速率上下限做了严格要求。

(3)在试验过程中电池板表面温度均匀性差。

综上所述，目前温度控制方法控制品质较低。为满足试验要求，避免出现超调、震荡，需要试验人员根据经验对控制程序参数进行实时手动调节。导致试验质量不能从根本上得到保证。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种太阳电池板温度控制方法，以克服现有技术中的缺陷与不足。使其具备目标温度控制无超调，升、降温速率可设，控制过程温度均匀性好的能力。为实现上述目标，本发明提供如下技术方案：

本发明提出的一种太阳电池板温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)使用红外灯阵对电池板表面温度进行分区控制，同一控制区内，多盏红外灯对应一个温度测点，其中，控制区内与测点距离最近的红外灯作为主控灯；

(2)控制所述主控灯的工作电流；

(3)以所述主控灯的工作电流驱动程控电源给主控灯供电，控制电池板表面温度；

(4)根据各控制区主控灯电流及控制区内其它红外灯与各主控红外灯的距离，计算得出其它红外灯的工作电流。

优选的，控制所述主控灯的工作电流的步骤还包括：

(21)设定最终控制目标值；

(22)设定目标温度曲线，根据所述目标温度曲线，及上一周期的计算目标值得到本周期的计算目标值；

(22)采集电池板表面温度，建立神经网络模型，根据当前及历史的温度值与电流值预测得出的下一采样周期的电池板表面温度；

(23)比较所述预测得出的下一采样周期的电池板表面温度与计算目标值之间的偏差，获取偏差量，对所述偏差值进行PID运算和处理，得到相应控制量增量；

(24)读取上一控制周期电流值，输入红外灯电流-功率模型，得到上一周期控制量将其与本周期计算得到的控制增量相加，输入红外灯功率-电流模型，得到本周期主控灯的工作电流。

优选的，所述PID运算的比例、积分、微分参数通过拟合电池板表面若干温度点整定出的参数值，在控制过程中，以最终设定目标值作为函数自变量，得到比例、积分、微分参数。

优选的，所述的目标温度曲线分为两个阶段，第一阶段是在当前温度与最终控制目标差值较大时，设定目标值按恒定速率上升或下降；第二阶段是在当前温度与最终控制目标值差值较小时，设定目标值为一上升或下降速率按指数衰减的曲线，用下式表示：

y=r-yt+yt*[1-exp(-t／T)]

式中，y为第二阶段的设定目标值，r为最终控制目标值；yt表示进入第二阶段时实际温度与最终控制目标值的差值；t为第二阶段进行时间，T为时间常数。

优选的，所述神经网络模型使用三层前向神经网络读取控制系统历史温度数据、电流数据进行离线与在线训练，建立模型，实现温度预测。

优选的，所述的控制量为红外灯输出功率的四分之一次方，这是由于在试验进行的真空、冷黑环境中试件热平衡状态用下式表示：

式中α为试件表面对红外灯辐射吸收比，为试件相对于红外灯角系数，P为红外灯输出功率，ε为电池板发射率，σ为斯蒂芬-波尔曼常数，T为试件表面温度。对于试件来说，输入为电池板表面到达热流，输出为温度，为使系统输入输出特性趋于线性，根据上式，选取控制量为功率的四分之一次方。

优选的，所述的红外灯电流-功率模型和红外灯功率-电流模型，是通过在真空、冷黑环境下对红外灯进行阶梯测试，对各阶梯电流对应稳态功率进行拟合得到的。

优选的，所述其它红外灯的工作电流通过二维插值的方法得到。

优选的，该控制方法用于航天器太阳电池板热真空试验。