衛(wèi)星光通信終端基于模糊pid的溫度梯度穩(wěn)定控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星光通信終端基于模糊PID的溫度梯度穩(wěn)定控制方法，屬于衛(wèi)星光 通信終端的溫度控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星光通信星上系統(tǒng)工作在真空度小于1. 0X 10 3Pa，溫度低于100K的真空低溫 近似黑體環(huán)境下，在此條件下的控溫系統(tǒng)是一種大滯后、非線性、數(shù)學(xué)模型很難建立的系 統(tǒng)。對(duì)于衛(wèi)星光通信系統(tǒng)而言，溫度對(duì)光學(xué)系統(tǒng)的影響程度隨著通信距離增大而變大，目前 要求控溫精度為<0.1 °c。
[0003] 現(xiàn)有的溫度測(cè)量方法為：對(duì)待控制溫度區(qū)域進(jìn)行快速測(cè)量，若測(cè)量結(jié)果高于控制 溫度，則使加熱回路不加電，否則加熱回路完全加電，這種控制方法要求對(duì)溫度的采樣速率 非常高，控溫曲線不平滑，一般控溫精度為< 〇. 5°c。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有衛(wèi)星光通信星上系統(tǒng)的溫度測(cè)量方法要求對(duì)溫度的 采樣速率高，其控溫精度低的問(wèn)題，提供了一種衛(wèi)星光通信終端基于模糊PID的溫度梯度 穩(wěn)定控制方法。
[0005] 本發(fā)明所述衛(wèi)星光通信終端基于模糊PID的溫度梯度穩(wěn)定控制方法，它包括以下 步驟：
[0006] 步驟一：通過(guò)溫度采集系統(tǒng)獲取通信終端主體的局部溫度c (t)，由局部溫度c (t) 與通信終端主體的局部期望溫度W (t)相比較，獲得偏差e及偏差變化率e。；
[0007] 步驟二：模糊控制器根據(jù)偏差e、偏差變化率e。及溫度采集系統(tǒng)的采樣間隔T對(duì) PID控制器的比例系數(shù)kp、積分系數(shù)h和微分系數(shù)k ,進(jìn)行調(diào)整，獲得PID控制器的比例系 數(shù)修正量Akp、積分系數(shù)修正量Aki和微分系數(shù)修正量Akd;
[0008] 步驟三：PID控制器根據(jù)偏差e和偏差變化率e。對(duì)比例系數(shù)修正量Akp、積分系數(shù) 修正量△ h和微分系數(shù)修正量△ kd進(jìn)行在線修正，獲得控制量u，溫度控制設(shè)備根據(jù)控制量 u控制電源的電流輸出量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱片加熱電流的控制，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星光通信終端的溫 度梯度穩(wěn)定控制。
[0009] 偏差e的表達(dá)式為：
[0011] 偏差變化率e。的表達(dá)式為：
[0013] 控制量u的控制算式為：
[0015] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明針對(duì)衛(wèi)星光通信星上光終端空間溫度環(huán)境，提出了一種基 于模糊PID的自動(dòng)控溫的方法，該方法涉及真空低溫環(huán)境以及自動(dòng)控制理論中模糊智能 PID控制控制理論。根據(jù)低溫環(huán)境與期望溫度差值自動(dòng)整定PID參數(shù)，建立合適的控制函 數(shù)。通過(guò)控制函數(shù)所求得的加熱功率與加熱片阻值函數(shù)相結(jié)合，根據(jù)PID參數(shù)計(jì)算隨時(shí)間 變化的輸出功率，完成自動(dòng)控制循環(huán)。利用本發(fā)明結(jié)合了熱真空試驗(yàn)的實(shí)際驗(yàn)證情況，最終 可實(shí)現(xiàn)控溫精度< 0. 〇l°C，比傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)的控溫精度提高了 50倍，有效地提高了 低溫真空環(huán)境下控溫系統(tǒng)的控溫性能，克服了現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
[0016] 本發(fā)明方法可以應(yīng)用于衛(wèi)星光通信星上系統(tǒng)地面環(huán)境測(cè)試、整星測(cè)試、環(huán)境試驗(yàn) 專(zhuān)檢測(cè)試及發(fā)射場(chǎng)測(cè)試等。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本發(fā)明所述衛(wèi)星光通信終端基于模糊PID的溫度梯度穩(wěn)定控制方法的原理 框圖；
[0018] 圖2為模糊PID的控制器簡(jiǎn)圖，圖中Cl(t)為模糊的局部溫度比例控制量，c 2(t)為 模糊的局部溫度積分控制量，Gi(t)為局部溫度比例運(yùn)算，G2(t)為局部溫度積分運(yùn)算，G3(t) 為局部溫度微分運(yùn)算，H(t)為模糊的反饋運(yùn)算修正量。
【具體實(shí)施方式】
【具體實(shí)施方式】 [0019] 一：下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述衛(wèi)星光通信終 端基于模糊PID的溫度梯度穩(wěn)定控制方法，它包括以下步驟：
[0020] 步驟一：通過(guò)溫度采集系統(tǒng)1獲取通信終端主體的局部溫度c(t)，由局部溫度 C(t)與通信終端主體的局部期望溫度c' (t)相比較，獲得偏差e及偏差變化率e。；
[0021] 步驟二：模糊控制器2根據(jù)偏差e、偏差變化率e。及溫度采集系統(tǒng)1的采樣間隔 T對(duì)PID控制器3的比例系數(shù)kp、積分系數(shù)h和微分系數(shù)k ,進(jìn)行調(diào)整，經(jīng)過(guò)模糊化、近似推 理，并利用重心法對(duì)模糊量清晰化，獲得PID控制器3的比例系數(shù)修正量Δ kp、積分系數(shù)修 正量Δ ki和微分系數(shù)修正量Δ k d;
[0022] 步驟三：PID控制器3根據(jù)偏差e和偏差變化率e。對(duì)比例系數(shù)修正量Δ kp、積分系 數(shù)修正量Δ1^和微分系數(shù)修正量Akd進(jìn)行在線修正，獲得控制量u，溫度控制設(shè)備4根據(jù) 控制量u控制電源的電流輸出量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱片加熱電流的控制，從而實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星光通信 終端的溫度梯度穩(wěn)定控制。
[0023] 偏差e的表達(dá)式為：
[0025] 偏差變化率e。的表達(dá)式為：
[0027] 控制量u的控制算式為：
[0029] 本發(fā)明方法可以有效的提高衛(wèi)星光通信星上設(shè)備的控溫性能，減少控溫時(shí)間，提 高控溫精度。它通過(guò)溫度采集系統(tǒng)，獲取局部溫度c (t)，期望溫度C'（t)，U為溫度控制設(shè) 備的改變量，即電源對(duì)加熱片輸出的電流值；采樣間隔可選擇為：T = 30s。通過(guò)對(duì)三個(gè)參數(shù) <、1^、1^進(jìn)行調(diào)整，然后分別經(jīng)過(guò)模糊化、近似推理和清晰化后，把得出的修正量八1^、八1^ 和A匕分別輸入PID控制器中，對(duì)三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修正計(jì)算出控制量u，控制電源電流輸 出量，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的溫度控制。
[0030] 具體實(shí)施例：取采樣間隔T = 30s，通過(guò)諸多鉑電阻獲取設(shè)備的溫度數(shù)組(^(〇,將 溫度數(shù)組傳遞給控溫電腦，選定需要控溫的位置并提取其當(dāng)前c(t)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求確定期 望溫度c'（t)，由公式計(jì)算出偏差e和偏差變化率e。，將控制信息模糊化，確立模糊子集后 然后選定模糊子集的隸屬函數(shù)，根據(jù)測(cè)溫系統(tǒng)傳遞過(guò)來(lái)的溫度數(shù)據(jù)以及多次試驗(yàn)結(jié)果分析 建立合適的模糊控制規(guī)則表，得出模糊控制量u。最后經(jīng)過(guò)清晰化得到實(shí)際的配置量，進(jìn)而 配置控溫電源，完成光通信系統(tǒng)的自動(dòng)控溫。