一种电加热功率控制方法和系统与流程

1.本发明涉及一种电加热功率控制方法和系统,属于控制技术领域。


背景技术：

2.航天器载荷功率是衡量平台能力的重要指标之一，在提高整器供电能力的同时，须尽量压缩平台功率，以提高平台承载能力。部分航天器热控功率占平台总功率的百分比40％～72％，压缩热控功率是提高平台承载能力重要方向。热控功率的绝大部分乃至全部都用于电加热器(后文简称加热器)的供电，因此热控功率控制的重点是电加热器总功率控制。
3.电加热控温方法是目前航天器热控制系统最常用的主动热控技术，其基本设计思路是：由于设备自身的发热量或所处热环境变化大，在设备温度过低时通过加热器将航天器电能转换为热能来加热设备，使之满足低温设计极限或温度均匀性要求。
4.现有的航天器控温回路可单独控制，并进行参数设置，能够适应不同对象的温度控制需求，但加热回路之间无耦合关系，没有更高层面的智能统筹控制策略，这就导致总功率形成明显的波峰波谷，而整器必须按照极端的峰值进行功率预算，最终导致功率资源的浪费。且在某些包含较多热控回路的航天器中，可能出现热控加热功率峰值会对供电分系统提出更高的能力要求，能源紧张条件下难以承受热控功率波动的影响。为节约整星功率资源，以加热器的平均功率进行热控功率预算，但需在热控软件中增加加热回路的功率统筹控制策略，以应对在轨功率峰值需求。
5.在现有技术中，论文《一种航天器电加热智能控制策略》(航天器工程，2016,25(4):48-53)提出两种旨在优化航天器总功率的电加热智能控制策略，对航天器舱内设备和舱外设备加热器控制策略分别实现，对于舱内设备，加热器总功率分配时优先加热低温设备；对于舱外设备，通过采用每次循环调整工作加热器数量的方式调节总功率。此方法将加热器区分为舱内和舱外进行功率调节，缺少对航天器所有加热回路的统一控制。
6.专利《一种基于功率均衡的航天器自主热控方法》(申请号cn202011068753.8)提出一种基于功率均衡的航天器自主热控方法，将加热器按航天器工况需求的不同，设置不同的热控模式，在一个控温周期内，分若干个时间片对当前热控模式下所有使能的控温回路进行循环控温，每个时间片内仅对一部分使能的控温回路进行控温。此方法工程实现复杂，需要预先识别航天器内外热环境和热耗变化对控温对象的影响，对不同热环境的适应性较所弱。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是：为提高航天器承载能力，针对热控功率高、波动大的问题，本发明提出一种电加热功率控制方法和系统，改善现有电加热功率控制方法的不足的问题，在电加热器现有开关控制的基础上，以热控总功率作为调控目标，进行热控功率自主分配，统筹电加热器的工作状态，压缩自主热控过程中的电加热功率，减少整星平台功
耗；或抑制热控功率波动，减少系统供电电压波动给电子设备带来的风险。
8.本发明所采用的技术方案是：一种电加热功率控制方法，包括步骤如下：
9.步骤一、定义控制周期，在每个控制周期内定义若干比较周期，并设置若干个控制组，每个控制组包含卫星上的若干个加热回路；
10.步骤二、为每个控制组设置总功率限qu；
11.步骤三、获取控制组内每个加热回路的功率q、控温阈值低温限t
l
和高温限th；
12.步骤四、实时获取控制组内加热回路的通断状态和加热回路相应的被控温对象的当前温度t；
13.步骤五、实时计算加热回路高温限抵近率k＝(t
h-t)
×
100/(t
h-t
l
)；
14.步骤六、如果当前接通的加热回路共有n路，第i路接通的加热回路功率为qi，1≤i≤n，计算实时接通的加热回路功率总和n为正整数；
15.步骤七、将q
t
与qu比较，若q
t
≤qu，则不改变加热回路通断状态，本控制周期内不再进行q
t
与qu的比较，等待进入下一个控制周期；
16.若q
t
＞qu，则对每个满足当前接通且0＜k＜100的加热回路的加热回路高温限抵近率k进行排序，断开加热回路高温限抵近率k最小的加热回路。然后进入下一个比较周期，重复步骤四至步骤七，进行功率分配。
17.进一步的，本发明的电加热功率控制方法可以根据功率分配需要使能或禁止。
18.进一步的，不同控制组可以通过热控软件指令删除或新增某个加热回路。
19.进一步的，同一个加热回路可以在不同的控制组中被管理。
20.进一步的，按航天器工况需求的不同，每个控制组的总功率限qu可以通过热控软件指令进行修改。
21.一种电加热功率控制系统，包括：
22.第一模块，用于定义控制周期，在每个控制周期内定义若干比较周期；设置若干个控制组，每个控制组包含卫星上的若干个加热回路；设置每个控制组的总功率限qu；获取控制组内每个加热回路的功率q、控温阈值低温限t
l
和高温限th；
23.第二模块，用于实时获取控制组内加热回路的通断状态和加热回路相应的被控温对象的当前温度t；实时计算加热回路高温限抵近率k；
24.如果当前控制周期内接通的加热回路共有n路，第i路接通的加热回路功率为qi，计算实时接通的加热回路功率总和其中，1≤i≤n，n为正整数；
25.第三模块，用于比较q
t
与qu，若q
t
≤qu，则不改变加热回路通断状态，当前控制周期内不再进行q
t
与qu的比较，等待进入下一个控制周期；
26.若q
t
＞qu，则对每个满足当前接通且0＜k＜100的加热回路的加热回路高温限抵近率k进行排序，断开加热回路高温限抵近率k最小的加热回路，进入下一个比较周期，返回第二模块。
27.本发明与现有技术相比的优点在于：
28.(1)采用本发明的电加热功率控制方法，航天器的所有控温加热回路总功率峰值可控，降低了热控功率对供电峰值功率的要求，能量利用率高；
29.(2)本发明在确保热控效果的同时，降低了航天器负载功率波动和峰值功率，有利于稳定航天器内部电压波动，从而减少电压波动给电子设备带来的风险；
30.(3)本发明的航天器加热回路可被纳入不同控制组单独控制，并进行参数设置，能够适应不同在轨工况的灵活组合和快速切换；
31.(4)本发明的热控功率控制方法不改变当前航天器热控控温逻辑，可推广应用在具备加热回路敏捷开关能力的航天器上，或类似于航天器控温逻辑的其他设备上。
附图说明
32.图1为本发明的加热回路的控温工作流程图。
具体实施方式
33.下面结合附图对本发明进行进一步说明。
34.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.本发明提出一种电加热功率控制方法，在需要进行加热控温的部位，根据区域、加热功率、加热时间特性设置不同的独立加热器及其开关，构成控温加热回路，共m路。每个加热回路可独立进行自主加热控温和控温阈值参数设置，并可被禁止控温或使能控温。在一个控温周期内，分成若干个时间片对回路进行循环控温，每个时间片对一部分控温回路进行控温。将采集到的温度值与控温阈值比较，如果大于高温限则进行加热器断开控制，如果小于高温限则进行加热器接通控制。
36.根据工况，分为不同的热控模式，将控温回路设置进入不同控制组并设置参数。当功率受限时，在热控软件内将热控功率管理功能使能。所有控温回路除现有高低温控制策略外，按照图1的流程图进行控制。
37.一种电加热功率控制方法，包括步骤如下：
38.步骤一、定义控制周期，在每个控制周期内定义若干比较周期，并设置若干个控制组，每个控制组包含卫星上的若干个加热回路；
39.步骤二、为每个控制组设置总功率限qu；
40.步骤三、获取控制组内每个加热回路的功率q、控温阈值低温限t
l
和高温限th；
41.步骤四、实时获取控制组内加热回路的通断状态和加热回路相应的被控温对象的当前温度t；
42.步骤五、实时计算加热回路高温限抵近率k＝(t
h-t)
×
100/(t
h-t
l
)；
43.步骤六、如果当前接通的加热回路共有n路，第i路接通的加热回路功率为qi，1≤i≤n，计算实时接通的加热回路功率总和n为正整数；
44.步骤七、将q
t
与qu比较，若q
t
≤qu，则不改变加热回路通断状态，本控制周期内不再进行q
t
与qu的比较，等待进入下一个控制周期；
45.若q
t
＞qu，则对每个满足当前接通且0＜k＜100的加热回路的加热回路高温限抵近
率k进行排序，断开加热回路高温限抵近率k最小的加热回路。然后进入下一个比较周期，重复步骤四至步骤七，进行功率分配。
46.进一步的，本发明的电加热功率控制方法可以根据功率分配需要使能或禁止。
47.进一步的，不同控制组可以通过热控软件指令删除或新增某个加热回路。
48.进一步的，同一个加热回路可以在不同的控制组中被管理。
49.进一步的，按航天器工况需求的不同，每个控制组的总功率限qu可以通过热控软件指令进行修改。
50.一种电加热功率控制系统，包括：
51.第一模块，用于定义控制周期，在每个控制周期内定义若干比较周期；设置若干个控制组，每个控制组包含卫星上的若干个加热回路；设置每个控制组的总功率限qu；获取控制组内每个加热回路的功率q、控温阈值低温限t
l
和高温限th；
52.第二模块，用于实时获取控制组内加热回路的通断状态和加热回路相应的被控温对象的当前温度t；实时计算加热回路高温限抵近率k；
53.如果当前控制周期内接通的加热回路共有n路，第i路接通的加热回路功率为qi，计算实时接通的加热回路功率总和其中，1≤i≤n，n为正整数；
54.第三模块，用于比较q
t
与qu，若q
t
≤qu，则不改变加热回路通断状态，当前控制周期内不再进行q
t
与qu的比较，等待进入下一个控制周期；
55.若q
t
＞qu，则对每个满足当前接通且0＜k＜100的加热回路的加热回路高温限抵近率k进行排序，断开加热回路高温限抵近率k最小的加热回路，进入下一个比较周期，返回第二模块。
56.实施例：
57.本实施例中m＝100。从优化开始至优化结束，即从t0时刻起进入优化程序至优化程序完成为一个控制周期，控制周期最长时间不超过3分钟。
58.以控制组1为例，包括如下：
59.步骤一、控制组1选取其中的25个加热回路。
60.步骤二、通过地面发指令修改总功率限qu＝500w。
61.步骤三、获取控制组1内每个加热回路的功率q、控温阈值低温限t
l
和高温限th。
62.步骤四、实时获取被控温对象的当前温度tj。其中j为25路加热回路中的第j路加热回路，1≤j≤25。
63.步骤五、实时计算高温限抵近率k＝(t
h-tj)
×
100/(t
h-t
l
)。为方便星务计算机进行排序，对k取值只保留整数位。
64.步骤六、在控制周期内，以5秒的比较周期实时获取控制组1内加热回路的通断状态，对控制组1内接通的加热回路实时计算功率总和其中n为接通的加热回路数量。
65.步骤七、如果q
t
≤qu，则不改变加热回路通断状态，等待进入下一个控制周期。
66.若q
t
＞qu，则对每个满足以下条件加热回路的k进行排序，断开k最小的加热回路，然后进入下一个比较周期，重复步骤四至步骤七，进行功率合理分配。
67.1)当前接通的加热回路；
68.2)0＜k＜100的加热回路。
69.经地面试验验证，本发明的方法在满足热控需求的基础上，降低了自主热控过程中出现的峰值功率，并对各控温周期间和控温周期内的功率波动起到了良好的抑制作用。
70.虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
71.本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。