PI控制在空间相机精密控温上的应用

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1、航天返回与遥感第33卷第4期SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2012年08月42PI控制在空问相机精密控温上的应用童叶龙李国强余雷耿利寅陈江平(tL京空间飞行器总体设计部，北京100094)摘要以某空间相机镜筒作为控制对象，建立了热分析模型，提出了基于积分分离式比例积分(PI)i动热控制的温度控制方法积分分离式PI算法采用增量式计算、位置式输出，将输出的加热功率值转换为一个控温周期内的加热时间以相机镜筒的热分析模型为基础，通过Ziegler—nichols参数整定方法获取积

2、分分离式PI算法的比例参数和积分参数，利用热分析软件ThermalDesktop对空间相机镜筒进行了热分析，获取控温算法的控温性能结果表明：积分分离式PI控制方法响应快，消除了稳态误差，较比例(P)控制具有更好的动、静态特性，适用于有高精度控温需求的主动控温设计。关键词精密温度控制PI控制仿真空间相机中图分类号：TP732文献标识码：A文章编号：1009—8518(2012)04—0042—08DOI：10．3969／j．issn．1009—8518．2012．04．006ApplicationofPIC

3、ontrolinSpaceCamera’SThermalControlSystermTONGYelongLIGuoqiangYULeiGENGLiyinCHENJiangping(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing1~094，China)AbstractTherrealanalysismodelofspacecamera’sbodytubeisestablished．Thetemperaturecontrolstrategvispro

4、posedbasedontheintegral—separatedPIactivethermalcontro1．TheincrementcanbeachievedintheDr0cedure0ftimerunningPIprogramandtheoutputisthetotalpowerwhichwillbeconvertedintothetimeofheating．Basedonthennalmathmodelofspacecamera’sbodytube，thermalcontrolparameter

5、isdeterminedbvZiegler—nicholstuningmethod．PropertyofthermalcontrolalgorithmisobtainedthroughthermalanalysisusingThermalDesktop．Resultsshowthatintegral—separatedPIcontrolcanobtainquickresponseandeliminatethesteady-stateerroraswel1．Thenewcontrollerissuperio

6、rtotraditionalPcontrollerinthattheformerworkswithhigherdynamicandstaticperformance．Keywordsprecisetemperaturecontrol；PIcontrol；simulation；spacecamera1引言随着空间光学相机空间分辨率和辐射分辨率的提高，相机中的各光学元件对温度的变化值和温度梯度的要求越来越苛刻。例如，X射线望远镜的主镜组件要求工作温度优于(19±1．5)℃⋯；空间干涉仪任务对光学系统要求控温精

7、度优于1×10-3K[2]；H。。he1dP1anck卫星的远红外光学系统要求在100s内温度波动值不超过3O×10。K【31。因此，需要在相机本体布置相当数量的主动控温加热器，以对其提供精确的温度控制。大多数航天器上应用的加热器，需要自动控制，以便使设备保持理想的温度，并减少耗电，使加热器接通收稿日期：201卜08—23基金项目：国家重大科技专项工程第4期童叶龙等：PI控制在空间相机精密控温上的应用43时间最短[41。开关控制、P控制、PI控制、比例积分微分(PID)控制是常用的温度控制算法。开关控制算

8、法较为简单．可以满足大多数工作温度范围宽的设备的控温需求；P控制算法具有较高的控制精度，但系统存在静态误差。只要积分系数选择恰当，PI控制算法可以最终消除静态误差且超调少、系统稳定，但会降低系统的快速性。只要PID参数选择恰当，PID算法具有较好的静态和动态特性。2航天器精密温度控制的特点航天器温度控制存在如下特点：1)控温不对称性：当被控对象的温度低于设定值时，通过开启加热器使被控对象升温；当被控对象的温度高于设定值时．关闭