[发明专利]一种航天器反馈控制和顺馈补偿相结合的复合控温系统

说明书

一种反馈控制和顺馈补偿结合的复合控温系统，包括温度偏差反馈模块、外热流内热源顺馈模块、电加热驱动模块、测温传感器以及热控实施模块；温度测量模块解析测温传感器值，为控温周期调整模块提供调整输入，控温周期调整模块与加热控制模块一道实现电加热驱动信号的解算输出，可分辨加热时间设置模块控制加热控制模块的最小步长，外热流加权模块提供外热流加权，对加热控制模块的输出进行修正。本发明可使温度控制策略和控制方法导致的误差降低，使航天器运行环境中的已知干扰与控制参数闭环。

技术领域

本发明属于航天器温度控制领域，涉及一种反馈控制和顺馈补偿结合的符合控温系统。

背景技术

传统航天器温度控制的过程是主动热控制和被动热传导同时作用下的动态平衡。主动热控制通过敏感与目标温度的偏差，在系统计算资源能力范围内，计算并控制电加热器的开断时间，使系统温度保持在预置温度点附近；而被动热传导，则是通过合理的热包覆和绝热设计，来降低系统漏热。主动热控制和被动热传导的结合，是航天器在有限的平台资源条件下，为获得稳定的温度条件而进行的权衡的结果。

然而，随着航天器功能、结构、轨道机动条件复杂度的增加，现有控制方法不足以满足一些高精度控温的需求。体现在以下3个方面：1、主动热控制方法不能适应提升的控制精度需求：控制方法误差导致的控温精度损失过大，传统的固定控温周期、有限的可分辨加热时间、控制周期内单次集中的加热控制策略等因素，都在限制着控温精度(航天器精密控温技术研究现状，童叶龙李国强耿利寅，航天返回与遥感，2016年4月，第37卷第2期)。2、被动热包覆不再能够适应变化的航天器结构漏热量控制需求：以大口径光学遥感器为例，随着通光口径增大，相机漏热更为严重，随环境产生的周期性的控温精度波动已经开始影响系统成像性能。3、由于目前采用的反馈方法具备一定的滞后性，影响了控制精度。加之多以同一热控参数控制所有回路，对控制精度也产生了不利影响。以上问题限制了航天器温度控制精度和航天器整体性能的提升。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出了一种反馈控制和顺馈补偿相结合的航天器复合控温系统，缩小了控制方法导致的控温精度误差，解决了环境周期性波动导致的控温精度降低的问题，并根据被控通道特性分别实现热控参数设置，以此降低控制策略和控制方法导致的误差，提高控制精度。

本发明的技术解决方案是：

一种反馈控制和顺馈补偿结合的复合控温系统，包括：温度偏差反馈模块、外热流内热源顺馈模块、电加热驱动模块、测温传感器以及热控实施模块；

测温传感器测量出待控温目标的实时温度并提供给温度偏差反馈模块，外热流内热源顺馈模块给温度偏差反馈模块提供加热时间控制系数，温度偏差反馈模块根据待控温目标的实时温度和加热时间控制系数，生成实际控温周期、加热时间、实时温度偏差与预设偏差范围最大值的比值、单位时间内的可分辨加热时间的个数给电加热驱动模块，电加热驱动模块根据所述实际控温周期、加热时间、实时温度偏差与预设偏差范围最大值的比值、单位时间内的可分辨加热时间的个数，驱动热控实施模块对待控温目标进行控温。

所述温度偏差反馈模块包括温度测量模块、控温周期调整模块、加热时间控制模块以及可分辨加热时间设置模块；

温度测量模块采集测温传感器的值，获得待控温目标的实时温度，进而获得实时温度偏差与预设偏差范围最大值的比值，并提供给控温周期调整模块以及电加热驱动模块；控温周期调整模块根据所述待控温目标的实时温度以及预设的待控温目标的期望值，获得实际控温周期并提供给加热时间控制模块以及电加热驱动模块；

加热时间控制模块根据所述实际控温周期、实时温度偏差与预设偏差范围最大值的比值获得加热时间，提供给电加热驱动模块；

可分辨加热时间设置模块生成加热步长提供给加热时间控制模块，加热时间控制模块根据所述加热步长、外热流内热源顺馈模块提供的加热时间控制系数生成单位时间内的可分辨加热时间的个数，提供给电加热驱动模块。