[发明专利]一种高精度温度与磁场综合发生与控制装置

说明书

技术领域

本发明涉及模拟外空间环境的温度与磁场的产生与控制方法，属于测试与控制领域。

背景技术

空间环境是由多个物理场组合叠加形成的复杂环境。在空间中运行的飞行器及其零部件会受到空间中各个物理场的影响，其中最主要的就是交变温度场以及磁场，在地面环境中，模拟产生与空间环境相似的偶合多物理场环境，有助于对优化空间飞行器的设计，考核空间用零部件性能。

目前，对于单独温度或者磁场的发生与控制方法已经发展的十分成熟，但是由于温度场与磁场的发生控制装置，在一定程度上会互相影响，因此对于温度、磁场组合叠加场的产生与控制具很高的难度，从而对于高精度温变及磁场控制的研究则十分少见。

发明内容

本发明的技术解决问题：为了解决在地面模拟产生近似空间环境的多物理场偶合测试环境的问题，本发明提供一种高精度温度与磁场综合发生装置，该装置能够在一定范围内同时提供受控变化的温度场及磁场，并且具备相对较高的控制精度。

本发明的技术解决方案：一种高精度温度与磁场综合发生与控制装置，其包括：制冷机组、热交换器、加热棒组、中转温箱、循环风机、保温箱、赫姆霍兹线圈、第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、电流传感器以及中央控制模块；中央控制模块包括数字温度控制单元和模拟电路磁场控制单元;中转温箱内的加热棒组、热交换器以及与热交换器相连接的制冷机组都连接在中央控制模块上控制中转温箱内的气温；中转温箱与保温箱之间通过两条软管相连通，并通过循环风机进行气体快速循环，使中转温箱内经过温控的气体来完成对保温箱内温度的控制；置于保温箱的第二温度传感器和第三温度传感器、电流传感器与中转温箱内的第一温度传感器连接在中央控制模块上，数字温度控制单元通过控制制冷机组与加热棒组的电源的启停，完成对保温箱及中转温箱内温度的控制；同时，赫姆霍兹线圈置于保温箱内部，在保温箱内产生磁场；模拟电路磁场控制单元通过控制流过赫姆霍兹线圈的电流，完成对保温箱内磁场强度的控制。

所述中央控制模块中数字温度控制单元对温度控制的步骤如下：

（1）中央控制模块中数字温度控制单元通过中转温箱内第一温度传感器的温度T₁、保温箱内第二温度传感器的温度T₂、和保温箱内第三温度传感器的温度T₃，计算出T₁、T₂、T₃的温度导数dT₁、dT₂、dT₃；

（2）将步骤（1)得到的T₁、T₂、T₃、dT₁、dT₂、dT₃输入经过BP算法训练过的三层结构的神经网络，该神经网络包括三层，分别为输入层、隐层和输出层，输入为温度参数T₁、T₂、T₃、dT₁、dT₂、dT₃，输出为加热控制比例系数K₁、制冷控制比例系数K₂；

（3）利用步骤（2)获得的加热控制比例系数K₁对加热棒组的驱动电流进行控制，控制方程如下：

I_O=I_I×K₁

式中I_I表示加热棒组最大驱动电流；I_O表示加热棒组实际驱动电流；

（4）利用步骤（2)获得的制冷控制比例系数K₂对制冷机组的转速进行控制，控制方程如下：

C_O=C_I×K₂

式中C_I为制冷机组最大工作转速，C_O为制冷机组实际工作转速。

所述中央控制模块中模拟电路磁场控制单元包括PID调节电路、PWM发生电路、IGBT驱动电路、半桥逆变电路、整流滤波电路、降压变压器和二次整流滤波，对保温箱内磁场进行控制的步骤如下：

（1)将电流传感器采集到的驱动赫姆霍兹线圈电流I_f以及设定电流值I_g输入模拟PID调节电路，输出PM值；