基于分布式网络航天器真空热试验控制系统

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1、ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityforMasterDegreeofEngineeringSPACECRAFTVACUUMTHERMALTESTCONTROLSYSTEMBASEDONDISTRIBUTEDNETWORKAuthor：XueliangFangSpecialty:ElectronicsandCommunicationEngineeringAdvisorⅠ:Prof.LinGuiAdvisorⅡ:Prof.XiaolongShenSchoolofEle

2、ctronicsandElectricEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaMay11,2012上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：2012年05月11日上海交通大学学

3、位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：2012年05月11日日期：2012年05月11日上海交通大学工程硕士学位论文摘要基于分布式网络的航天器真空热试验控制系统摘要

4、随着航天器研制技术的发展，未来航天器功能和运行工况越来越复杂，航天器在轨运行功率也越来越大，而且很多高精度设备对工作温度环境要求也越来越苛刻；这些新的挑战都促使航天器热控技术不断向前发展。航天器热控技术的发展对于地面真空热试验技术也提出了更高的要求，以验证热控系统的设计合理性和功能完备性。真空热试验包括热真空试验和热平衡试验，在试验过程中需要模拟航天器在太空中的真空、冷黑和太阳辐射环境；特别是对于太阳辐射环境，需要大功率的外热流模拟器来实现，这些大功率的设备会在短时间内产生很高的热量。因此，如何根据航天器运行的工况来精确控制这些

5、外热流模拟设备，就成为了真空热试验控制系统的关键所在。本文首先详细介绍了航天器真空热试验和真空热试验系统，并对传统的真空热试验控制系统的弱点和不完备之处进行了分析；然后结合新式下真空热试验的要求和特点，对传统的控制系统进行了重新设计和开发。根据控制理论，分布式控制网络可集中显示系统状态的反馈信息和集中输入系统设置，而将系统的控制功能分散，以降低单点故障风险，避免系统瘫痪，提高控制系统的稳定性和可靠性；基于此点，设计了一套基于分布式网络控制技术的真空热试验控制系统。本文先从总体上介绍基于分布式网络控制的真空热试验控制系统的总体控制

6、结构和流程；整个控制系统的终端包括服务器、监控终端、控制器和数据采集器，这些终端均具有以太网接入能力。然后文章详细介第I页上海交通大学工程硕士学位论文摘要绍了控制系统硬件和软件；硬件主要包括服务器与监控终端、电源控制器、程控直流电源（包括负载加热笼）、数据采集器（包括热电偶），它们都具有网络接入功能，采用以太网TCP/IP协议构成分布式控制网络，可分散系统故障风险，提高系统的可靠性。控制系统软件主要包括监控主站服务器软件和监控终端软件，两者均采用C/C++语言开发，模块化程度高，可维护性强。另外，本文对还对控制系统中用到的关键技

7、术进行了总结；本控制系统的关键技术是分布式网络与可靠性通信、先进PID控制技术以及高速信号处理技术。分布式网络可提高控制系统的稳定性和可靠性；另外，通过借鉴航天产品的高可靠性设计原则，提高了控制系统的可靠性和试验过程的安全性。控制系统设计采用增量式数字PID控制算法，并运用模糊自适应PID控制策略，自动实现对PID控制参数的最佳调整；该算法能同时满足控制精度和参数的自动调整要求。另外，基于高性能DSP技术实现的电源控制器也是本套控制系统的关键技术，在电源控制器开发中设计了一种基于TMS320F2812高速信号处理的硬件实现方案。

8、最后，对控制系统的性能和可靠性模式进行了测试，以检验温度控制系统闭环控制的动态特性和抗干扰能力，验证系统控制站单节点和双节点失效情况下节点自动切换和闭环自动切换的能力。测试结果表明控制过程动态特性良好，抗干扰能力强,系统多种备份工作模式和可靠性保障模式能够有效运