CN103605295A - 基于速率与温度要求的卫星大容积自动充放气控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星大容积充放气产品有压力变化速率与温度反馈双重要求的自动充放气控制方法，包括1）模式选择与参数设定；2）工艺管道连接与气源供给到位；3）开加排阀；4）自动充放气；5）关闭加排阀与自动充放气系统泄压等步骤。本发明在自动充放气过程中，不需要手动调压与控制各个阀门，并且不需要根据经验判断温度是否会滞后超限，突破压力变化速率无法连续监测与控制，只需要在系统中设置好相应的参数自动按程序充放气。

Description

基于速率与温度要求的卫星大容积自动充放气控制方法

技术领域

本发明涉及一种卫星大容积自动充放气控制方法，特别是涉及一种用于卫星大容积产品如贮箱气瓶（容积在50升以上）有压力变化速率与温度反馈双重要求的自动充放气控制方法。

背景技术

在卫星总装AIT(即集成与测试)过程中，卫星检漏工作占到了10%～20%的时间，而检漏工作中航天器的充放气操作又几乎占到了三分之二的时间；而且，随着航天技术的不断发展，对高可靠、长寿命卫星的需求日趋迫切，随之而来的对于航天器检漏工作的要求也逐渐提高，其中很重要的一部分就是对航天器检漏充放气的要求，包括充放气压力、压力变化速率、流量精确控制，充放气过程中的温度控制，充放气控制的可靠性、安全性，以及充放气时间（效率）的控制等。

检漏自动充放气系统是为了满足航天器密封检漏测试过程中充放气需求，提高检漏充放气信息化水平和工作效率，达到无人职守安全可靠地运行，实现高效、安全、可靠地充放气控制。该系统的研制可以逐步实现航天器检漏充放气控制的信息化、自动化和规范化，消除手动操作带来的不确定性和质量、安全隐患，提高充放气控制的可靠性、安全性，同时可以很大程度地提高检漏工作效率，从而进一步缩短卫星研制周期。根据不同型号平台产品对象及充放气要求，系统配置分为压力控制单元与温度测量反馈单元，压力控制单元主要适用于以压力变化速率反馈控制要求的单组元产品；温度测量单元主要适用于有温度反馈控制要求的双组元产品，同时根据产品设计需求，同时进行压力、温度及压力变化率的反馈控制，既满足设计结果参数也保证充放气过程控制参数，其控制算法根据产品对象及控制需求调试提供。

发明内容

本发明的目是提供一种基于压力变化速率与温度反馈双重要求的自动充放气控制方法。该方法是通过压力响应和温度响应的数学模型及产品特性参数自动控制电气比例阀出口压力，并设置压力变化速率上限和温度上限动态调节比例阀开度的一种综合反馈与调压方法。

本发明所提供的具体方案如下：

本发明的卫星大容积充放气产品有压力变化速率与温度反馈双重要求的自动充放气控制方法，包括以下步骤：

1）模式选择与参数设定：设定卫星大容积充放气产品的充放气工作模式为依据温度反馈与压力变化速率进行反馈，参数设定包括充气压力上限、温度上限、压力变化速率上限，参数设定保证温度与压力变化速率有余量；

2）工艺管道连接与气源供给到位：连接自动充放气系统、工艺管道与卫星大容积充放气产品的加排阀，将气源输入到自动充放气系统的气源端；

3）开加排阀：根据自动充放气系统的预定程序开启产品的加排阀；

4）自动充放气：按压力变化速率反馈模型与温度反馈模型调节自动充放气系统中比例阀的开度以自动控制充放气速度，若压力变化速率达到设定上限或温度达到上限，暂停充气，待回温至安全阈值（温度），继续充放气；

5）关闭加排阀与自动充放气系统泄压；

其中，上述卫星大容积充放气产品为贮箱或气瓶。

本发明技术方案的特点包括:

1.本发明在自动充放气过程中，不需要手动调压与控制各个阀门，并且不需要根据经验判断温度是否会滞后超限，突破压力变化速率无法连续监测与控制，只需要在系统中设置好相应的参数自动按程序充放气。

2.本发明兼顾压力变化速率反馈与温度反馈的双重要求，既保证了温度不超限的结果数据，也保证了压力变化速率不超限的过程数据。

附图说明

图1是本发明的卫星大容积产品有压力变化速率与温度反馈双重要求的自动充气控制方法程序流程图；

图2是本发明的卫星大容积产品有压力变化速率与温度反馈双重要求的自动放气控制方法程序流程图。

具体实施方式

以下介绍的是作为本发明所述内容的具体实施方式，下面通过具体实施方式对本发明的所述内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的内容，而不应理解为限制本发明范围。

本发明的卫星大容积产品如贮箱气瓶的有压力变化速率与温度反馈双重要求的自动充放气控制方法的程序流程图分别如图1～图2所示。分别根据大容积产品充气和放气压力温度响应数学模型计算比例阀开度。

1）大容积产品充放气建立压力响应的数学模型如下（压力变化速率要求）：

$V\·\frac{\mathrm{dP}}{\mathrm{dt}}=91\·\frac{d^4}{L}\·(P_{\mathrm{al}}^2-P^2)---\left(1\right)$

式1中，产品容积恒定为V，管道为长度为L，直径为d的细长管道，比例阀出口压力P_a1，P为大容积产品压力，若压力变化速率要求小于C，则比例阀出口压力P_al由式2确定

$91\·\frac{d^4}{L}\·(P_{\mathrm{al}}^2-P^2)/V\≤C---\left(2\right)$

2）大容积产品充放气温度响应数学模型如下（温度反馈要求）：

$C_{v}m\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=(P_{\mathrm{cs}}-P_{a2})\·S_g\·L-\mathrm{hS}(T_a-T)+\mathrm{\σ\λS}({T_a}^4-T^4)---\left(3\right)$ 式3中：C_V为定容比热，P_cs为容器内最终压力，P_a2为比例阀出口压力，T为容器内气体的温度，T_a为周围环境大气的温度，S_g管道出口的横截面积，m为容器内气体质量，S为容器表面有效换热面积，L为充放气管道长度，h为对流换热系数，λ为容器表面辐射率，σ为波尔兹曼常数。充放气在与环境换热过程中，对流换热为主要因素，辐射换热因素可以忽略，故公式3简化为：

$C_{v}m\frac{\mathrm{dT}}{\mathrm{dt}}=\frac{1}{2}(P_{\mathrm{cs}}-P_{a2})\·S_g\·L+\mathrm{hS}(T_a-T)---\left(4\right)$

其中，各符号的定义同上，且T_lim为大容积产品上限温度，使T≤T_lim，P_a2由式4求解P_a2，综合压力变化速率要求与温度反馈要求，则取P_a1与P_a2较小的值为比例阀出口压力。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (2)

1.卫星大容积充放气产品有压力变化速率与温度反馈双重要求的自动充放气控制方法，包括以下步骤： 

1）模式选择与参数设定：设定卫星大容积充放气产品的充放气工作模式为依据温度反馈与压力变化速率进行反馈，参数设定包括充气压力上限、温度上限、压力变化速率上限，参数设定保证温度与压力变化速率有余量； 

2）工艺管道连接与气源供给到位：连接自动充放气系统、工艺管道与卫星大容积充放气产品的加排阀，将气源输入到自动充放气系统的气源端； 

3）开加排阀：根据自动充放气系统的预定程序开启产品的加排阀； 

4）自动充放气：按压力变化速率反馈模型与温度反馈模型调节自动充放气系统中比例阀的开度以自动控制充放气速度，若压力变化速率达到设定上限或温度达到上限，暂停充气，待回温至安全阈值（温度），继续充放气； 

5）关闭加排阀与自动充放气系统泄压。 

2.如权利要求1所述的自动充放气控制方法，其中，上述卫星大容积充放气产品为贮箱或气瓶。 

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