超低温真空下二维转台的热控设计方法研究

发布时间：2020-05-22 12:40

【摘要】：二维转台作为空间相机地面模拟实验中实现大视场遥感成像获取的核心运动执行机构,其用于驱动空间相机实现水平和俯仰两个自由度的运动以获取不同方位的遥感图像。由于空间相机在轨工作温度低于100K,为保证二维转台内部光栅、电机、轴承等关键部件的工作性能,对二维转台关键部件进行热控设计尤为重要。本课题超低温真空下二维转台的热控设计方法研究,模拟空间低温真空环境,提出一种主被动复合的热控方案,利用Smith预估控制算法,实现了被控点±0.2℃的温度控制精度。具体研究内容如下:首先,分析现有热控方法,提出基于主被动复合的二维转台热控设计总体方案;基于热传导与热辐射理论,利用ANSYS分别对主被动热控方案进行二维转台温度场仿真,优化并确定加热功率等核心设计参数。其次,基于Smith预估、模糊PID和经典PID三种温度控制算法,对二维转台中温度敏感度最高部件圆光栅进行算法仿真,对比三种算法的阶跃响应和抗干扰特性,发现Smith预估控制算法超调量最小、控制时间最短且鲁棒性最强,故确定Smith预估算法作为温控系统的核心控制算法。再次,基于STM32单片机和C#软件平台实现下位机和上位机温控程序设计,主要包括温度采集单元和加热控制单元,可实现20路温度数据实时采集与60路加热片升温控制。最后,进行实验验证与分析。在低温(-100℃~-130℃)条件下,对温控对象进行温度控制性能测试,测得其温度控制精度±0.2℃,温度控制分辨力0.2℃。在室温(18.5℃)条件下,对二维转台光栅、水平读数头、水平电机以及支撑轴承等关键部件进行精确温度控制,实验表明室温下温度控制精度可达±0.2℃。满足设计要求。
【图文】：

-1-图 1-1 空间相机实物图相机实际在轨工作之前，在地面进行模拟实验是保证课题中的二维转台正是地面模拟实验环节中实现相关键设备。二维转台的机械台体可以实现水平回转和相机可以各方位的转动，从而实现空间相机内方位最后获取完整的图像信息。间相机在轨工作时的环境需求，此二维转台应工作度优于 1×10-5Pa 的特制真空罐内。二维转台内部光件受温度影响很大，为了保证二维转台的正常工作，的热控设计，以保障二维转台的各个关键部件在超低工作的温度范围内。超低温真空环境下，热控系统可称为 二维转台的生命、电机、轴承等关键部件受温度影响很大，若不能使

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文的温度条件下，将严重影响到二维转台的轴系定位精度，进而影响到空间相机的工作效果。因此热控系统性能的优劣、可靠性的高低将直接决定二维转台的工作性能进而决定空间相机的拍摄质量。1.2 热控技术的研究现状国外在空间相机的热控方面研究起步较早且相对成熟，，其中典型的热控措施包括主动热控和被动热控两种技术[5-8]。其中典型的被动热控措施如图 1-2 所示为多层隔热组件，该措施通常是用来阻隔设备间的辐射换热和导热。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH702

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张丽香;陈凤兰;;自适应Smith预估补偿的过热汽温控制系统[J];信息与控制;2015年05期

2 于涛;王永成;代霜;孙亮;宋克非;;基于温度水平的空间相机主动热控系统[J];红外与激光工程;2015年01期

3 孔林;;快速响应空间小卫星热控系统设计及关键技术[J];红外与激光工程;2014年S1期

4 王晓丹;孟令军;尹维汉;周之丽;;基于ADS1148的多路高精度测温装置[J];自动化与仪表;2014年12期

5 李加超;孟令军;张晓春;;基于ARM的高精度测温系统设计与实现[J];自动化与仪表;2014年10期

6 张树青;李妍;王步洲;李朝阳;李国吉;;基于ADS1248高精度测温装置的设计[J];河北工业科技;2013年04期

7 朱杰;郭涛;;一种Pt100温度传感器的动态热响应模型[J];传感技术学报;2013年01期

8 汪定国;王怡苹;;一种高精度铂电阻温度测量方法[J];电子测量技术;2012年11期

9 周涛;王磊;;基于跟踪微分器的模型参考自适应控制[J];电光与控制;2012年10期

10 郝少杰;方康玲;;基于模糊PID参数自整定的温度控制系统的研究[J];现代电子技术;2011年07期

相关硕士学位论文 前1条

1 刘玲玲;PID参数整定技术的研究及应用[D];郑州大学;2010年

本文编号：2676013