分析航天器基于分布式网络航天器真空热试验制约系统

论文导读：
摘要：随着航天器研制技术的进展，未来航天器功能和运转工况越来越复杂，航天器在轨运转功率也越来越大，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进展。航天器热控技术的进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，在试验历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。由此，如何根据航天器运转的工况来精确制约这些外热流模拟设备，就成为了真空热试验制约系统的关键所在。本论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制约系统的弱点和不完备之处进行了浅析；然后结合新式下真空热试验的要求和特点，对传统的制约系统进行了重新设计和开发。根据制约论述，分布式制约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，而将系统的制约功能分散，以降低单点故障风险，避开系统瘫痪，提升制约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制约技术的真空热试验制约系统。本论文先以总体上介绍基于分布式网络制约的真空热试验制约系统的总体制约结构和流程；整个制约系统的终端包括服务器、监控终端、制约器和数据采集器，这些终端均具有以太网接入能力。然后文章详细介绍了制约系统硬件和软件；硬件主要包括服务器与监控终端、电源制约器、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，采取以太网TCP/IP协议构成分布式制约网络，可分散系统故障风险，提升系统的可靠性。制约系统软件主要包括监控主站服务器软件和监控终端软件，两者均采取C/C++语言开发，模块化程度高，可维护性强。另外，本论文对还对制约系统中用到的关键技术进行了总结；本制约系统的关键技术是分布式网络与可靠性通信、先进PID制约技术以及高速信号处理技术。分布式网络可提升制约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，提升了制约系统的可靠性和试验历程的安全性。制约系统设计采取增量式数字PID制约算法，并运用模糊自适应PID制约对策，自动实现对PID制约参数的最佳调整；该算法能同时满足制约精度和参数的自动调整要求。另外，基于高性能DSP技术实现的电源制约器也是本套制约系统的关键技术，在电源制约器开发中设计了一种基于TMS320F2812高速信号处理的硬件实现案例。最后，对制约系统的性能和可靠性方式进行了测试，以检验温度制约系统闭环制约的动态特性和抗干扰能力，验证系统制约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。测试结果表明制约历程动态特性良好，抗干扰能力强,系统多种备份工作方式和可靠性保障方式能够有效运转，完全能满足各型号航天器的真空热试验要求。关键词：航天器论文真空热试验论文分布式网络论文可靠性论文PID论文DSP论文
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ABSTRACT7-10
目录10-13
第一章 绪论13-21

1.1 航天器真空热试验13-15

1.1 概述13

1.2 真空热试验的目的和策略13-15

1.2 真空热试验系统15-17

1.2.1 真空热试验机械系统15

1.2.2 真空热试验外热流模拟系统15-16

1.2.3 真空热试验数据采集及制约系统16-17

1.3 探讨作用17-18

1.4 本人贡献18-19

1.5 本论文架构19-21

第二章 基于分布式网络的真空热试验制约系统21-39

2.1 基于分布式网络的制约系统架构21-24

2.

1.1 真空热试验制约系统的特点21-23

2.

1.2 基于分布式网络的真空热试验制约系统23-24

2.2 制约系统硬件24-31

2.1 服务器与监控终端24

2.2 电源制约器24-25

2.3 数据采集器25-28

2.4 程控直流电源28-29

2.5 热电偶29-31

2.3 制约系统软件31-38

2.3.1 服务器软件31-36

2.3.2 监控终端软件36-38

2.4 本章小结38-39

第三章 分布式网络与可靠通信39-54

3.1 TCP/IP 协议[5]39-42

3.

1.1 互联网层39-41

3.

1.2 传输层41-42

3.

1.3 运用层42

3.

1.4 主机至网络层42

3.2 TCP/IP 协议在本制约系统中的运用42-44

3.3 系统可靠性44-47

3.1 可靠性定义44-45

3.2 可靠性设计45-47

3.4 可靠性设计在本制约系统中的运用47-52

3.4.1 航天产品基本可靠性设计原则47-49

3.4.2 本制约系统的可靠性设计49-52

3.5 本章小结52-54

第四章 先进 PID 制约技术54-64

4.1 PID 制约原理54-58

4.

1.1 模拟 PID 制约器54-56

4.

1.2 PID 制约算法的数字实现56-58

4.2 先进 PID 制约技术在本系统中的运用58-63
4.

2.1 初始制约参数的获取58-60

4.

2.2 模糊自适应 PID 制约器的设计60-63

4.3 本章小结63-64
第五章 高速信号处理技术64-75

5.1 基于高性能 DSP 的信号处理技术64-68

5.

1.1 DSP 原理与运用64-65

5.

1.2 TMS320 系列 DSP65-66

5.

1.3 TMS320F281266-68

5.2 高速信号处理技术在本系统中的运用68-74
5.

2.1 通用输入输出（GPIO）模拟 I2C68-70

5.

2.2 ADC 校准70-73

5.

2.3 与以太网的接口73-74

5.3 本章小结74-75
第六章 系统功能及性能测试75-78
第七章 全文总结78-80

7.1 主要结论78-79

7.2 探讨展望79-80

参考文献80-81
致谢81-82
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文82