CN103841736A

CN103841736A - 一种模拟空间环境太阳辐照多氙灯的自动控制***及方法

Info

Publication number: CN103841736A
Application number: CN201310616714.0A
Authority: CN
Inventors: 宁娟; 顾志飞; 刘高同; 李竑松; 向艳红; 孙宇; 王宇; 许杰
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2033-11-27
Also published as: CN103841736B

Abstract

一种用于模拟空间环境太阳辐照多氙灯的自动控制***及方法，所述***包括控制端（100）和执行端（200）：其中所述控制端（100）包括：人机接口单元（110），氙灯控制单元（120），控制端接口单元（130）；所述执行端（200）包括：辐照度检测单元（210），执行端接口单元（220），氙灯触发单元（230），氙灯供电单元（240），氙灯阳极测温单元（250），氙灯电路绝缘保护单元（260）。

Description

一种模拟空间环境太阳辐照多氙灯的自动控制***及方法

技术领域

本发明属于自动控制领域，具体涉及一种用于太阳模拟器光源的自动控制***及方法。

背景技术

太阳模拟器是提高卫星研制质量的重要地面环境模拟设备。卫星发射入轨后，需要承受复杂空间环境的考验。为保障卫星在轨正常运行，发射前需在地面空间环境模拟设备中做充分的环境试验，其中关键一项就是对太阳辐照环境进行模拟，目前，我国航天器热平衡试验大多采用红外热流模拟，太阳模拟器可以提高热流模拟的真实性和准确性，满足新型航天器热平衡试验的需要，辐照度是太阳模拟器在试验过程中需要控制和调整的重要技术参数，福照度的控制方法也是研制太阳模拟器的关键技术之一，而太阳模拟器光源控制是决定太阳模拟器福照度稳定性的重要环节，光源自动控制的可行性和达到的性能指标对太阳模拟器的研制工作具有重要意义。

随着我国航天事业的不断发展，我国对太阳模拟器的研制也空前增多，同时太阳模拟器的试验任务也日益增多，由此也带来了一些问题，如对试验操作人员熟练度和数量的需求增加，人为操作设备失误率大等问题，这就要求太阳模拟器光源控制必须向着高自动化、高可靠性、高智能化的方向发展，在这样的需求下，亟需研制出一套用于太阳模拟器光源的自动控制方法

现有的太阳模拟器氙灯控制自动化程度不高，人工操作繁琐，对操作人员素质要求较高，且容易引入人为误差；其次，现有的太阳模拟器氙灯光源控制***不具备故障诊断功能，在试验过程中无法实现设备故障的快速定位；再次，现有的太阳模拟器氙灯光源控制***对氙灯寿命预估方法准确性较差，不能对太阳模拟器的稳定性提供保障。

发明内容

本发明的目的在于发明和设计一种用于模拟空间环境太阳辐照用多氙灯的控制***及方法，针对目前氙灯自动控制的确定和不足，优化***结构，提高自动化水平，改善测试精度，简化操作流程，在节省人力的同时也最大程度的避免了由于人为因素给试验结果带来的误差。本发明为用于模拟空间环境太阳辐照多氙灯控制提供了技术保障。

本发明涉及一种用于模拟空间环境太阳辐照多氙灯的自动控制***，所述***包括控制端（100）和执行端（200）：

其中所述控制端（100）包括：

人机接口单元（110）：用于自动控制***用户指令输入以及***运行信息和设备状态的图形化表格化输出；

氙灯控制单元（120）：具有点灯控制、氙灯故障检测、辐照度自动控制、氙灯寿命预估功能；

控制端接口单元（130）：用于将控制端（100）的控制指令发送至执行端（200），以及接收执行端（200）所发送的***运行信息、设备状态信息和过程信息；

所述执行端（200）包括：

辐照度检测单元（210）：通过测量元件进行辐照度的测量，然后将采集到的辐照度信息传给氙灯控制单元（120）；

执行端接口单元（220）：用于接收控制端（100）所发送的控制指令，并将执行端（200）所采集的***运行信息、设备状态信息和过程信息发送至控制端（100）；

氙灯触发单元（230）：氙灯触发单元（230）获取氙灯控制单元（120）发出的指令，用于击穿氙灯阴阳极之间的惰性气体；

氙灯供电单元（240）：氙灯供电单元（240））获取氙灯控制单元（120）发出的指令，提供能使氙灯实现点燃且在稳定在正常工作状态下的电压；

氙灯阳极测温单元（250）：在每个氙灯阳极布置PT100铂电阻测温点，对该点温度进行实时采集监控；

氙灯电路绝缘保护单元（260）：避免氙灯点燃过程产生超高电压发生击穿，对氙灯阴阳极及触发器的带电结构进行隔离，确保***的安全性和绝缘性。

目前国内氙灯自动控制主要以单灯或者少数灯为主，对于大功率多盏氙灯自动控制尚属国内空白。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单介绍。

图1为***结构框图；

图2为氙灯控制单元（120）的结构框图。

具体实施方式

如图1所示，其示出了一种用于模拟空间环境太阳辐照37盏氙灯的控制方法及自动控制***的组成结构图。所述***包括控制端（100）和执行端（200），其中所述控制端（100）包括：人机接口单元（110）、氙灯控制单元（120）、控制端接口单元（130）；所述执行端（200）包括：辐照度检测单元（210）、执行端接口单元（220）、氙灯触发单元（230）、氙灯供电单元（240）、氙灯阳极测温单元（250）、氙灯电路绝缘保护单元（260）；所述氙灯控制单元（120）包括点灯控制单元（121）、氙灯故障检测单元（122）、辐照度自动控制单元（123）以及氙灯寿命预估单元（124）。

人机接口单元（110）：用于模拟空间环境太阳辐照37盏氙灯的控制方法及自动控制***用户指令输入（如氙灯触发命令、氙灯点燃命令、辐照度参数设定等）以及***运行信息和设备状态的图形化表格化输出（如氙灯电性能参数、电源的信号参数、氙灯阳极测温参数、氙灯使用寿命预估参数、氙灯故障报警信息、37盏氙灯灯阵编组图等）；

氙灯控制单元（120）：包括点灯控制单元（121）、氙灯故障检测单元（122）、辐照度自动控制单元（123）以及氙灯寿命预估单元（124）；

辐照度检测单元（210）：通过辐照度监测探测器（如硅光电池等）进行空间环境辐照度的测量，然后将采集到的辐照度信息传给辐照度自动控制单元（123），并将采集到的数据送往控制端的人机接口单元（110）进行实时显示；

氙灯触发单元（230）：氙灯触发单元（230）获取氙灯控制单元（120）发出的指令，点动触发器获取触发电压，击穿氙灯阴阳极之间的惰性气体；氙灯电路绝缘保护单元（260）为氙灯触发过程产生的超高电压进行了安全性设计；

氙灯供电单元（240）：该单元的执行是在氙灯触发单元（230）之后，从氙灯控制单元（120）获取指令，提供能使氙灯实现点燃且在稳定在正常工作状态下的电压；

氙灯阳极测温单元（250）：为保障氙灯工作稳定，在每个氙灯阳极都布置了PT100铂电阻测温点，可以通过人机接口单元（110）对各点温度进行实时监测，并对参数设立报警限，超出报警限则发出报警，开始执行氙灯故障检测单元（122）；

氙灯电路绝缘保护单元（260）：在执行氙灯触发单元（230）的过程中会产生短时间的超高电压，实施例中37盏氙灯进行大电流供电且灯体密集分布易发生击穿危险，为避免此危险的发生，对氙灯阴阳极及触发器的带电结构进行隔离，同时计算出安全的绝缘距离，保证了***的绝缘性；并对氙灯供电设备进行保护，通过二极管、电容等电子元器件对电路进行加固安全性设计，确保***安全可靠；

点灯控制单元（121）：通过人机接口单元（110）中的氙灯编组点燃分布图像对氙灯进行点灯控制，点灯控制单元（121）指定了37盏氙灯点灯顺序，根据对空间环境辐照度稳定性最优化的考虑，提出了氙灯对称控制辐照法，如果单盏灯开启或者关闭，则其圆心对称的氙灯也打开或者关闭，这样可以保证太阳模拟器辐照面的均匀性；氙灯关闭过程中，电流保持一定的斜率逐渐减少至零，对氙灯起到保护作用；如果多盏氙灯出现故障需进行关闭处理，***会自动判断如果将其对称氙灯关闭后辐照度是否还满足***辐照度要求，如果不满足则对称氙灯不做关闭处理；

氙灯故障检测单元（122）：通过对氙灯使用过程中的电性能参数进行监测，来判断氙灯状态是否正常，如果氙灯发生故障，***会自动进入点灯控制单元（121），按照预先指定的关灯逻辑对故障进行应急处理；

辐照度自动控制单元（123）：通过辐照度检测单元（210）反馈的辐照度测量值与用户设定辐照度值进行比较，辐照度自动控制单元（123）进行PID调节，自动调整氙灯供电单元（240）的输出电流控制太阳模拟器的输出辐照度，并实时计算辐照不稳定度；

氙灯使用寿命预估单元（124）：通过辐照度监测单元（210）反馈的辐照度测量值，氙灯使用寿命预估单元（124）自动计算出当前氙灯的使用功率，由当前使用功率和额定功率的比值来计算出氙灯的使用效率，实时判断氙灯的使用寿命；如果使用效率低于正常使用的阈值，该单元会自动发出提示更换氙灯，进入氙灯故障检测单元（122）。

本发明涉及的用于模拟空间环境太阳辐照37盏氙灯的自动控制***及方法，重新设计控制***结构，将控制***分为控制端和执行端两部分，每端由若干个功能单元组成，二者通过控制端接口单元（130）及执行端接口单元（220）进行功能调用及数据交互；重新设计自动控制方法，根据实际反馈的试验数据，自行调整驱动输出，全自动的完成试验工艺流程，减少人为操作；设计了氙灯供电***、氙灯触发***、点灯控制***、辐照度检测***以及辐照度自动控制***；增加了氙灯故障检测***、氙灯电路保护***，氙灯阳极温度监测***、以及氙灯寿命预估***。

为攻克太阳模拟器多灯光源自动控制的关键技术难点，本发明提出一种由37盏氙灯组成的太阳模拟器光源自动控制方法。攻克太阳模拟器多灯光源自动控制的关键技术难点，本发明提出一种由37盏氙灯组成的太阳模拟器光源自动控制方法。

Claims

1.一种用于模拟空间环境太阳辐照多氙灯的自动控制***，所述***包括控制端（100）和执行端（200）：

其中所述控制端（100）包括：

所述执行端（200）包括：

2.如权利要求1所述的自动控制***，其中所述的用户指令输入为氙灯触发命令、氙灯点燃命令和辐照度参数设定。

3.如权利要求1所述的自动控制***，其中所述的设备状态的图形化表格包括氙灯电性能参数、电源的信号参数、氙灯阳极测温参数、氙灯使用寿命预估参数、氙灯故障报警信息和37盏氙灯灯阵编组图的信息。

4.如权利要求1所述的自动控制***，其中氙灯的个数有37盏。

5.如权利要求4所述的自动控制***，其中点灯控制单元（121）通过人机接口单元（110）中的氙灯编组点燃分布图像对氙灯进行点灯控制，并指定37盏氙灯点灯顺序，根据对空间环境辐照度稳定性最优化的考虑，提出了氙灯对称控制辐照法，如果单盏灯开启或者关闭，则其圆心对称的氙灯也打开或者关闭，这样可以保证太阳模拟器辐照面的均匀性；氙灯关闭过程中，电流保持一定的斜率逐渐减少至零，对氙灯起到保护作用；如果多盏氙灯出现故障需进行关闭处理，***会自动判断如果将其对称氙灯关闭后辐照度是否还满足***辐照度要求，如果不满足则对称氙灯不做关闭处理。

6.如权利要求4所述的自动控制***，其中氙灯故障检测单元（122）通过对氙灯使用过程中的电性能参数进行监测，来判断氙灯状态是否正常，如果氙灯发生故障，***会自动进入点灯控制单元（121），按照预先指定的关灯逻辑对故障进行应急处理。

7.如权利要求4所述的自动控制***，其中辐照度自动控制单元（123）通过辐照度检测单元（210）反馈的辐照度测量值与用户设定辐照度值进行比较，PID调节，自动调整氙灯供电单元（240）的输出电流控制太阳模拟器的输出辐照度，并实时计算辐照不稳定度。

8.如权利要求4所述的自动控制***，其中氙灯使用寿命预估单元（124）通过辐照度监测单元（210）反馈的辐照度测量值，自动计算出当前氙灯的使用功率，由当前使用功率和额定功率的比值来计算出氙灯的使用效率，实时判断氙灯的使用寿命；如果使用效率低于正常使用的阈值，该单元会自动发出提示更换氙灯，进入氙灯故障检测单元（122）。

9.如权利要求1所述的自动控制***，其中所述的测量元件是硅光电池。

10.一种用于模拟空间环境太阳辐照多氙灯的自动控制方法，所述方法包括控制步骤100和执行步骤200，

其中所述控制步骤100包括：

步骤110，用于用户指令输入，以及***运行信息和设备状态的图形化表格化输出的步骤；

步骤120，用于控制点灯、检测氙灯故障、自动控制辐照度和预估氙灯寿命的步骤；

步骤130，用于将控制指令发送至执行步骤200，以及接收执行步骤200过程中所发送的***运行信息、设备状态信息和过程信息；

所述执行步骤200包括：

步骤210，用于测量辐照度，然后将采集到的辐照度信息传给步骤120；

步骤220，用于接收控制步骤100所发送的控制指令，并将执行步骤200所采集的***运行信息、设备状态信息和过程信息发送至控制步骤100；

步骤230：获取步骤120发出的指令，用于击穿氙灯阴阳极之间的惰性气体；

步骤240：获取步骤120发出的指令，提供能使氙灯实现点燃且在稳定在正常工作状态下的电压；

步骤250：在每个氙灯阳极布置PT100铂电阻测温点，对该点温度进行实时采集监控；

步骤260：避免氙灯点燃过程产生超高电压发生击穿，对氙灯阴阳极及触发器的带电结构进行隔离，确保安全性和绝缘性。

11.如权利要求10所述的自动控制方法，其中氙灯的个数有37盏。