CN105511308B - 一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，通过采用分时控制策略，在点火初期采用相对稳定的阳极节流器温度作为闭环反馈参数，避免了直接引入振荡大的放电电流作为反馈参数导致点火失败，而在点火成功后，放电电流振荡幅度减小，此时再引入放电电流直接作为闭环反馈参数，从而实现霍尔电推进系统的放电电流稳定控制，抑制了放电电流的低频振荡，提高了效率。通过上述分时控制策略，既保证了霍尔电推进系统在点火起始阶段的点火可靠性，也提高了霍尔电推进系统在运行过程中的工作性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种放电电流分时稳定控制方法，特别是一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，属于电推进领域。
背景技术
霍尔电推进技术是一种高效的空间推进技术，因为比冲高于传统的化学推进技术近一个数量级，可以显著减少卫星的推进剂携带量，增加有效载荷重量，降低发射成本，是目前国际上最先进的空间推进技术之一。
随着我国宇航技术的快速发展，卫星平台的载荷能力和寿命成为制约我国卫星平台国际竞争力的主要短板，电推进技术则是解决这一问题的必然选择，我国后续GEO平台将采用电推进执行南北/东西位保及轨道转移任务，以提高卫星性能和国际竞争力。
霍尔电推进工作时涉及到推进剂的等离子体放电过程，点火时会产生等离子振荡，使得放电电流发生振荡，若振荡幅度较大，一方面会降低霍尔电推进的效率，比冲降低，另一方面会产生大的电磁干扰，对电源处理单元或星上其它电子产品产生干扰，影响卫星安全。因此，霍尔电推进在空间应用时必须解决其放电电流振荡过大的问题，有必要提出一种霍尔电推进放电电流稳定控制方法。另外，由于空间环境与地面环境的真空度差异，霍尔电推进在地面试验时放电电流参数存在漂移，在轨时通过放电电流稳定控制还可以确保霍尔电推进系统放电电流参数稳定，能有效提高电推进系统的性能。
目前国际上对于霍尔电推进放电电流振荡的问题，主要是通过在电源处理单元和推力器之间增加一个滤波单元来实现放电电流振荡抑制，该方法主要是从硬件上来实现1KHz～100KHz的低频振荡抑制。对于由于推进剂供气流率波动引起的100Hz以下放电电流振荡则主要通过引入放电电流反馈对供气流率进行精确闭环控制来实现，但该方法在霍尔电推进点火初期会由于放电电流振荡过大导致供气流率超调，存在导致推力器熄火的风险。
因此，必须解决以下几项关键技术：
1)在点火初始阶段，能够实现阳极供气流率的闭环控制，以提供稳定的阳极供气流率，保证推力器可靠点火；
2)在点火成功后，能够实现阳极放电电流的闭环控制，抑制放电电流的低频振荡，提高放电电流的稳定性，同时避免霍尔电推进在轨工作时的放电电流参数漂移；
3)在点火过程中，必须保证两种闭环控制模式可根据需要灵活配置和切换，切换过程不能导致推力器熄火。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，通过该方法，可以实现霍尔电推进在正常运行阶段的放电电流闭环稳定控制，同时保证点火初期放电电流振荡过大时不会出现控制超调导致熄火。
本发明的技术解决方案是：一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，包括以下步骤：
(1)在霍尔电推进系统点火流程开始时，在每个控制周期判断阳极流量闭环控制bFlowControl是否使能，若bFlowControl＝1，则启动阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝1，并进入步骤(2)继续电推进点火流程，若bFlowControl＝0，则关闭阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝0，并中止电推进点火流程；
(2)若霍尔电推进系统点火不成功，则直接关闭阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝0，并中止点火流程；若点火成功，则判断阳极电流闭环控制bCurrentControl是否使能，若bCurrentControl＝1，则关闭阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝0，然后启动阳极电流闭环控制，即令CurrentControlStart＝1；若bCurrentControl＝0，则保持阳极流量闭环控制模式，即令FlowControlStart＝1，通过阳极供气流率的稳定来保证放电。
还包括通过设置bCurrentControl对两种闭环模式进行配置和切换的步骤，所述两种闭环模式为阳极流量闭环控制模式和阳极电流闭环控制模式。
所述阳极流量闭环控制具体为：在阳极流量闭环控制过程中，保持阳极流量节流器的上游压力，然后通过阳极流量节流器的温度闭环控制来实现流量控制。
所述阳极节流器的温度闭环控制具体为：
判断阳极流量闭环控制FlowControlStart是否使能，若FlowControlStart＝1，则在每个控制周期读取阳极节流器的温度值Ta，将Ta与阳极节流器温度控制范围进行比较，若Ta小于阳极节流器温度控制下限，则发送开阳极加热器指令，对阳极节流器进行开关式加热；若Ta大于等于阳极节流器温度控制上限，则发送关阳极加热器指令，停止对阳极节流器加热；若FlowControlStart＝0，则发送关阳极加热器指令，停止对阳极节流器加热。
所述阳极电流闭环控制具体为：
判断阳极电流闭环控制CurrentControlStart是否使能，若CurrentControlStart＝1，则在每个控制周期读取阳极放电电流Ia，将Ia与阳极放电电流控制范围进行比较，若Ia大于等于阳极放电电流控制上限Iah，则启动阳极节流器的PWM加热模式；若Ia小于阳极放电电流控制下限Ial，则发送关阳极节流器加热器指令，停止对阳极节流器加热；若CurrentControlStart＝0，则发送关阳极节流器加热器指令，停止对阳极节流器加热。
所述PWM加热模式下，加热器开T1时间，关T2时间，通过设置不同的T1和T2值实现阳极节流器的加热功率调节。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明通过采用分时控制策略，在点火初期采用相对稳定的阳极节流器温度作为闭环反馈参数，避免了直接引入振荡大的放电电流作为反馈参数导致点火失败，而在点火成功后，放电电流振荡幅度减小，此时再引入放电电流直接作为闭环反馈参数，从而实现霍尔电推进系统的放电电流稳定控制，抑制了放电电流的低频振荡，提高了效率。通过上述分时控制策略，既保证了霍尔电推进系统在点火起始阶段的点火可靠性，也提高了霍尔电推进系统在运行过程中的工作性能。
(2)本发明实现了霍尔电推进系统在正常运行过程中的放电电流稳定控制，可以保证霍尔电推进在轨运行过程中放电电流始终处于额定工作点附近，既解决了因为空间环境与地面环境的差异性所带来的放电电流参数漂移问题，又解决了因为推进剂供给系统的压力波动所带来的放电电流波动问题，提高了霍尔电推进系统在轨工作的适应性和稳定性。
(3)与现有技术中霍尔电推进系统仅采用阳极放电电流闭环控制相比，本发明实现了阳极流量闭环和阳极电流闭环的双闭环模式分时控制，是针对霍尔电推进在点火起始阶段和点火稳定阶段不同的放电特性来控制的，有效提升了霍尔电推进系统的可靠性和性能，为今后霍尔电推进系统的在轨应用提供了良好的应用基础。
附图说明
图1为霍尔电推进放电电流分时稳定控制流程；
图2为霍尔电推进阳极流量闭环控制流程；
图3为霍尔电推进阳极放电电流闭环控制流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
图1是霍尔电推进放电电流分时稳定控制策略流程图，从图1可知，本发明提出的一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，包括以下步骤：
(1)在霍尔电推进系统点火流程开始时，在每个控制周期判断阳极流量闭环控制bFlowControl是否使能，若bFlowControl＝1，则启动阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝1，并进入步骤(2)继续电推进点火流程，若bFlowControl＝0，则关闭阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝0，并中止电推进点火流程；
图2是霍尔电推进阳极流量闭环控制流程图，从图2可知，所述阳极流量闭环控制具体为：在阳极流量闭环控制过程中，保持阳极流量节流器的上游压力，然后通过阳极流量节流器的温度闭环控制来实现流量控制。
所述阳极节流器的温度闭环控制具体为：
判断阳极流量闭环控制FlowControlStart是否使能，若FlowControlStart＝1，则在每个控制周期读取阳极节流器的温度值Ta，将Ta与阳极节流器温度控制范围进行比较，若Ta小于阳极节流器温度控制下限，则发送开阳极加热器指令，对阳极节流器进行开关式加热；若Ta大于等于阳极节流器温度控制上限，则发送关阳极加热器指令，停止对阳极节流器加热；若FlowControlStart＝0，则发送关阳极加热器指令，停止对阳极节流器加热。
(2)若霍尔电推进系统点火不成功，则直接关闭阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝0，并中止点火流程；若点火成功，则判断阳极电流闭环控制bCurrentControl是否使能，若bCurrentControl＝1，则关闭阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝0，然后启动阳极电流闭环控制，即令CurrentControlStart＝1；若bCurrentControl＝0，则保持阳极流量闭环控制模式，即令FlowControlStart＝1，通过阳极供气流率的稳定来保证放电。
图3是霍尔电推进阳极电流闭环控制流程图，从图3可知，所述阳极电流闭环控制具体为：
判断阳极电流闭环控制CurrentControlStart是否使能，若CurrentControlStart＝1，则在每个控制周期读取阳极放电电流Ia，将Ia与阳极放电电流控制范围进行比较，若Ia大于等于阳极放电电流控制上限Iah，则启动阳极节流器的PWM加热模式；若Ia小于阳极放电电流控制下限Ial，则发送关阳极节流器加热器指令，停止对阳极节流器加热；若CurrentControlStart＝0，则发送关阳极节流器加热器指令，停止对阳极节流器加热。
所述PWM加热模式下，加热器开T1时间，关T2时间，通过设置不同的T1和T2值实现阳极节流器的加热功率调节。假设阳极节流器的加热器满功率为P，那么在PWM加热模式下，加热功率实际值为通过设置T1与T2的比值，可实现加热功率从0～100％调节，相比开关式的加热模式只能实现0或100％功率，PWM加热功率可以从0～100％连续调节。阳极流量大的情况下，热节流器散热快，所需要的加热功率大，而阳极流量小的情况下，热节流器散热慢，所需要的加热功率小。因为阳极电流波动与供气流率的关系比较复杂，若采用开关式加热模式，因为满功率加热，阳极节流器温度变化大，阳极电流控制精度仅达到5％左右，而采用PWM加热模式，因为实际加热功率与阳极流率相适应，阳极节流器温度变化小，从而可实现阳极电流控制精度在3％以内。
除以上步骤之外，本发明中的方法还包括通过设置bCurrentControl对两种闭环模式进行配置和切换的步骤，所述两种闭环模式为阳极流量闭环控制模式和阳极电流闭环控制模式。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (6)
1.一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)在霍尔电推进系统点火流程开始时，在每个控制周期判断阳极流量闭环控制bFlowControl是否使能，若bFlowControl＝1，则启动阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝1，并进入步骤(2)继续电推进点火流程，若bFlowControl＝0，则关闭阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝0，并中止电推进点火流程；
(2)若霍尔电推进系统点火不成功，则直接关闭阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝0，并中止点火流程；若点火成功，则判断阳极电流闭环控制bCurrentControl是否使能，若bCurrentControl＝1，则关闭阳极流量闭环控制，即令FlowControlStart＝0，然后启动阳极电流闭环控制，即令CurrentControlStart＝1；若bCurrentControl＝0，则保持阳极流量闭环控制模式，即令FlowControlStart＝1，通过阳极供气流率的稳定来保证放电。
2.根据权利要求1所述的一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，其特征在于：还包括通过设置bCurrentControl对两种闭环模式进行配置和切换的步骤，所述两种闭环模式为阳极流量闭环控制模式和阳极电流闭环控制模式。
3.根据权利要求1所述的一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，其特征在于：所述阳极流量闭环控制具体为：在阳极流量闭环控制过程中，保持阳极流量节流器的上游压力，然后通过阳极流量节流器的温度闭环控制来实现流量控制。
4.根据权利要求3所述的一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，其特征在于：所述阳极流量节流器的温度闭环控制具体为：
判断阳极流量闭环控制FlowControlStart是否使能，若FlowControlStart＝1，则在每个控制周期读取阳极流量节流器的温度值Ta，将Ta与阳极节流器温度控制范围进行比较，若Ta小于阳极流量节流器温度控制下限，则发送开阳极加热器指令，对阳极流量节流器进行开关式加热；若Ta大于等于阳极流量节流器温度控制上限，则发送关阳极加热器指令，停止对阳极流量节流器加热；若FlowControlStart＝0，则发送关阳极加热器指令，停止对阳极流量节流器加热。
5.根据权利要求1所述的一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，其特征在于：所述阳极电流闭环控制具体为：
判断阳极电流闭环控制CurrentControlStart是否使能，若CurrentControlStart＝1，则在每个控制周期读取阳极放电电流Ia，将Ia与阳极放电电流控制范围进行比较，若Ia大于等于阳极放电电流控制上限Iah，则启动阳极流量节流器的PWM加热模式；若Ia小于阳极放电电流控制下限Ial，则发送关阳极流量节流器加热器指令，停止对阳极流量节流器加热；若CurrentControlStart＝0，则发送关阳极流量节流器加热器指令，停止对阳极流量节流器加热。
6.根据权利要求5所述的一种霍尔电推进放电电流分时稳定控制方法，其特征在于：所述PWM加热模式下，加热器开T1时间，关T2时间，通过设置不同的T1和T2值实现阳极流量节流器的加热功率调节。
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 国外离子和霍尔电推进技术最新进展;张天平;《真空与低温》;20061215;第12卷(第4期);第187-193 * |
| 航天器电推进技术现状与发展趋势;聂万胜;《装备指挥技术学院学报》;20030228;第14卷(第1期);第37-45页 * |
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