航天器铷钟的一种精密控温系统

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1、第20卷第4期航天器工程Vo1．20No．42011年7月SPACECRAFTENGINEERING93航天器铷钟的一种精密控温系统李国强耿利寅童叶龙(北京空间飞行器总体设计部，北京100O94)摘要研究了一种应用于航天器的高精度、高稳定度的温度控制系统：使用热敏电阻作为温度传感器；采用多级控温策略，核心级采用基于径向基函数(RadialBasisFunction，RBF)神经网络比例、积分、微分(PID)控制算法，非核心级采用积分分离式PID算法；采用脉宽调制(PWM)控制作为控制方式。以航天器铷钟作为控制对象，通过铷钟模拟件的热平衡试验，验

2、证了高精度控温系统的控制效果。试验结果表明：核心级施加RBF神经网络PID控制时，稳态控温精度优于±0．08℃；内热源阶跃冲击或外热流正弦扰动下，其温度波动1、于±0．1℃，控温稳定度优于0．1℃／d。此精密控温系统可应用于有高精度控温需求的航天器星钟和高分辨率光学相机。关键词航天器；多级控温；神经网络；比例、积分、微分控制；热平衡试验中图分类号：TK124文献标志码：ADOI：10．3969／i．issn．1673—8748．2O11．04．013文章编号：1673～8748(20l1)04—0093-06APreciseTemperatur

3、eControlSystemforSpacecraftRubidiumAtomicClockLIGuoqiangGENGLiyinTONGYelong(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abstract：Thepapershowsahigh—precisionandhigh—stabilitytemperaturecontrolsystemforspacecraft，whichusesthermistorassensor．Thesystemcont

4、rolstrategyisstep—by—step，usingRBFbasednenralnetworkPIDcontrolforcorestage，usingintegralseparationPIDcontrolforothers；andusingpulsewidthmodulation(PWM)ascontrolmode．Thesystem’Sperformanceisverifiedthroughthermalbalancetestofrubidiumatomicclocksimulator．Testresultsareshownasf

5、ollows．WhenthecorestageiscontrolledbynervalnetworkPIDcontrol，itstemperaturechangecanbewithin±0．08℃insteadycase；whenitisdisturbedbyinternalheatsourceororbitheatflux，thecorestage’Stemperaturechangecanbewithin±0．1℃andthetemperaturestabili—tyis±0．1℃／day．Thetemperaturecontrolsyst

6、emcanbeappliedinprecisiontemperatureCOIl—trolforspacecraftatomicclockandhigh—resolutioncamera．Keywords：spacecraft；step—by—steptemperaturecontrol；nervalnetwork；PIDcontrol；thermalba1ancetest对其工作温度控制精度、温度稳定度提出了更高的1引言要求。例如，美国与德国合作的地球重力场恢复与气候实验卫星(GRACE)的铷钟，要求工作温度稳定随着航天技术的不断发展，某些星

7、载有效载荷在每个轨道周期±0．1K；某些星载光学系统对控收稿日期：201104—02；修回日期：201105—23作者简介：李国强(1971一)，男，硕士，研究员，从事航天器热设计及研究工作。94航天器工程温精度也提出了较高的要求j。温度有一定要求的设备的控温需求。智能型控温航天器在近地轨道飞行时，轨道外热流波动和仪一般适用于有精密控温需求的仪器设备，其控舱内热源的变化会影响整星的温度水平。近地轨道温精度主要受热设计的合理性、测温精度、控温算航天器的轨道外热流由太阳直射、地球对太阳的反法的影响。射和地球红外辐射三部分组成。航天器吸收的轨道当被控

8、对象温度低于设定值时，通过加热器加外热流会随其表面热光学性质及航天器在轨位置、热，其温度迅速升高；当温度高于设定值时，加热器姿态的变化而变化]。而作为