CN105782710A - 基于压力和温度双重反馈的卫星大容积自动充放气控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压力与温度双重反馈要求的自动充放气控制方法，该方法按压力反馈控制模型与温度反馈控制模型共同作用调节自动充放气系统中调压比例阀的开度以自动控制充放气速度，若压力达到设定上限(下限)或温度达到上限(下限)，暂停充(放)气，待回温至安全阈值(温度)，继续充放气。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，只需要在系统中设置好相应的参数自动按程序充放气且兼顾了压力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，也保证了压力不超限的过程数据。

Description

基于压力和温度双重反馈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)有压力上限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(总装集成与测试)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、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、可靠地充放气控制的一种专用系统。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。

目前，针对卫星大容积产品的自动充放气方法主要有三种，分别为：1.针对有压力上下限要求的卫星大容积充放气的控制方法，该方法通过延时控制，可以完全自动实现卫星大容积系统自动充放气过程的压力控制，非常有效的解决了“压力虚值”的问题控制；2针对有温度上下限要求的卫星大容积充放气的控制方法，该方法根据单位时间内工件温度的变化情况来调节工件的充气速度，并且通过控制充气速度的上限和温度上限，从而实现对工件温度的控制，确保工件温度在设定范围内；3.针对有压力变化速率与温度上下限反馈双重要求卫星大容积充放气的控制方法，该方法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，实现自动充放气过程中的压力控制和温度变化速率控制。

以上方法针对不同的卫星需求，分别针对压力上限需求、温度上限需求和压力变化速率&温度上限需求，但针对部分卫星产品大容积系统充放气过程中温度、压力有双重上限或下限的需求，目前没有相应的自动充放气控制方法，因此实现这一需求下的充放气过程自动控制，需要在相关卫星产品充放气过程中对于温度、压力两个参量进行控制，确保这两个参数不超出上限或下限，其控制算法需根据产品对象严格匹配，上限或下限参数均需根据要求进行设定。

发明内容

本发明的目是提供一种基于压力与温度双重反馈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：

本发明的基于压力与温度双重反馈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反馈，参数设定包括充气压力上限、温度上限，其中压力上限按照实际产品要求进行设定，温度上限参数设定与实际产品要求间存有余量；

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：按压力反馈控制模型与温度反馈控制模型调节自动充放气系统中调压比例阀的开度以自动控制充气速度，若压力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。

其中，压力反馈控制模型为：

充放气过程开始后，自动将调压比例阀开度设定为上限(或下限)，放气至产品压力值(虚值)第一次达到设定值时，控制阀门关闭，充放气暂停；采集产品的真实压力值P₁，以暂停充放气前单位时间内(例如：30s内)产品压力的变化量为△P_V1，以P_S作为产品压力上限或压力下限，此时真实压力值与设定值的差△P₁＝P_S-P₁。

当产品真实压力值达到产品压力设定值，即P₁＝P_S时，充放气过程结束；当产品真实压力值未达到产品压力设定值，即P₁＜P_S(放气为P_s＜P₁)时，控制阀门打开，比例阀保持充放气过程暂停前开度的80％，继续延时进行充放气(延时时长为t₁＝1.1×△P₁/△P_v1，单位为s)，循环迭代这一模型，完成充放气。

其中，温度反馈控制模型包括第一阶段控制模型和第二阶段控制模型。

其中，第一阶段控制模型为：

以产品初始温度为T₀，充气上限温度为T₁(放气下限温度为T₂)，产品充放气过程中的实时温度为T_C，第一阶段为产品实时温度反馈值T_C大于T₀且小于T₀+80％(T₁-T₀)时(放气过程中，产品实时温度反馈值T_C小于T₀且大于T₀-80％(T₀-T₂))。

充放气开始后，当单位时间内产品温度的变化量小于△T_a时，比例阀设定值开始增加，产品温度上升(下降)的速度也相应增加；当单位时间内产品温度的变化量大于△T_a时，比例阀保持当前设定值，继续充放气；当单位时间内产品温度的变化量大于△T_b(△T_b＞△T_a)时，比例阀设定值开始减小，此时，产品温度上升的速度将进一步的减小；当产品温度减小到单位时间内产品温度的变化量小于△T_b并大于△T_a时(△T_b＞△T＞△T_a)，比例阀设定值不再减小，产品温度上升的速度将继续减小，当减小至单位时间内产品温度的变化量小于△T_a时，比例阀的设定值又开始增加，依次类推，实现第一阶段产品的温度控制。

其中，第二阶段控制模型为：

第二阶段为实时温度反馈值T_c大于T₀+80％(T₁-T₀)且小于T₁时(放气过程中，产品实时温度反馈值T_c小于T₀-80％(T₀-T₂)且大于T₂)。

当单位时间内产品温度的变化量大于△T_a时，减小比例阀开度(每次降低一个比例阀最小单位开度)使单位时间内产品温度的变化量小于△T_a，当温度到达上下限时，关闭比例阀，暂停充放气，等待温度回温至T₀+80％(T₁-T₀)时(放气过程中回至T₀-80％(T₀-T₂))，重新调整比例阀开度，使单位时间内产品温度的变化量小于△T_a，继续放气。

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，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，也保证了压力不超限的过程数据。

3.本发明与其他大容积自动充放气相关的控制方法的最主要区别在于：本发明针对压力和温度双重反馈和上下限需求，在控制过程中既需要对压力进行控制，同时也需要对温度进行控制(但此处的控制是控制压力上下限，而不是压力变化速率)，确保压力、温度均不超出上限或下限，本方法不单单针对某一个参量，而是同时需要在温度、压力两个参量之间进行比对，使这两个参数均满足上下限需求，共同控制充放气过程。

附图说明

图1为基于温度压力双重反馈的自动充放气控制系统系统组成示意图

其中，1表示温度采集单元；2压力采集单元；3表示PLC控制单元；4表示温度&压力控制器(可设置温度、压力范围参数)；5表示执行单元(调压比例阀、在运行过程中用来控制气体通断的气控阀)。

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。

图1显示了本发明的基于温度压力双重反馈的自动充放气控制系统系统组成示意图，其中，本发明的控制系统包括温度采集单元、压力采集单元、PLC控制单元、温度&压力控制器和执行单元，执行单元主要包括用于调节压力的调压比例阀以及控制充放气的气控阀。

本发明的基于温度压力双重反馈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反馈，首先进行模式选择，包含大容积充气和大容积放气，之后进行参数设定，参数设定包括充放气压力上下限、温度上下限，其中压力上下限需严格按照实际产品要求进行设定，温度上下限参数设定可与实际产品要求间存在一定的偏移值，例如产品要求上限50度，实际设定时可以设为48度，因为有些特殊材料做成的大容积压力容器传热较慢，热量和温度传递存在延时情况，所以实际设定温度限制时需考虑留有偏移值，确保温度不会超限，对于传热速度块材料，则可以不考虑。

2)连接充放气工艺管道与卫星待充放气系统，进行阀门开启前的补压工作和阀门开启工作，完成卫星待充放气系统与自动充放气系统的对接；

3)按照压力反馈控制模型和温度反馈模型实施自动充放气过程，其中，为确保压力、温度两个参数均在产品要求范围内，因此具体发送给执行核心部件调压比例阀调整其开度的指令来自于两个模型比较后较小的那个开度命令，以下对于充放气过程中的压力反馈控制模型和温度反馈控制模型进行详细说明：

a.充放气过程压力控制模型：

由于充放气过程中流体处于动态，因此充放气管道内的压力采集装置测得数值一般为虚值，停止充放气后压力会下降(或上升)，而不会达到之前的测得值。基于这一经验，充放气过程开始后，自动将调压比例阀开度设定为上限(或下限)，之后产品压力开始上升(或下降)，当第一次采集到产品压力值(虚值)达到设定值时，控制阀门关闭，充放气暂停；

此时，可以采集产品的真实压力值P₁，并且可以获得暂停充放气前单位时间内(例如：30s内)产品压力的变化量△P_v1，以P_s作为产品压力上限或压力下限，可知此时真实压力值与设定值的差△P₁＝P_s-P₁。

当产品真实压力值达到产品压力设定值，即P₁＝P_s时，充放气过程结束；当产品真实压力值未达到产品压力设定值，即P₁＜P_s(放气为P_s＜P₁)时，控制阀门打开，比例阀保持充放气过程暂停前开度的80％，继续延时进行充放气(延时时长为t₁＝1.1×△P₁/△P_v1，单位为s)，循环迭代这一模型，对产品进行若干次再行充放气，最终使产品压力达到上限或下限，且不超出上下限范围。

b.充放气过程温度控制模型：

由于温度存在延时性，因此为确保产品温度不超限，温度控制模型分为两个阶段，以产品初始温度为T₀，充气上限温度为T₁(放气下限温度为T₂)，产品充放气过程中的实时温度为T_c，

第一阶段为产品实时温度反馈值T_c大于T₀且小于T₀+80％(T₁-T₀)时(放气过程中，产品实时温度反馈值T_c小于T₀且大于T₀-80％(T₀-T₂))；

第二阶段为实时温度反馈值T_c大于T₀+80％(T₁-T₀)且小于T₁时(放气过程中，产品实时温度反馈值T_c小于T₀-80％(T₀-T₂)且大于T₂)。

第一阶段控制模型为：

充放气开始后，产品温度开始上升(下降)，当单位时间内产品温度的变化量小于△Ta时，比例阀设定值开始增加(增加充气速度或放气速度，每次增加一个比例阀最小单位开度)，产品温度上升(下降)的速度也相应增加；

当单位时间内产品温度的变化量大于△T_a时，比例阀保持当前设定值，此时产品的温度仍然会继续上升(下降)，但上升(下降)的速度会逐渐减小；

当单位时间内产品温度的变化量大于△T_b(△T_b＞△T_a)时，比例阀设定值开始减小(每次降低一个比例阀最小单位开度)，此时，产品温度上升的速度将进一步的减小；

当产品温度减小到单位时间内产品温度的变化量小于△T_b并大于△T_a时(△T_b＞△T＞△T_a)，比例阀设定值不再减小，而保持当前设定值，产品温度上升的速度将继续减小，当减小至单位时间内产品温度的变化量小于△T_a时，比例阀的设定值又开始增加，依次类推，实现第一阶段产品的温度控制。

第二阶段控制模型为：

当单位时间内产品温度的变化量大于△T_a时，减小比例阀开度(每次降低一个比例阀最小单位开度)使单位时间内产品温度的变化量小于△T_a，当温度到达上下限时，关闭比例阀，暂停充放气，等待温度回温至T₀+80％(T₁-T₀)时(放气过程中回至T₀-80％(T₀-T₂))，重新调整比例阀开度，使单位时间内产品温度的变化量小于△T_a，继续放气。

4)整个放气过程中，每次对于比例阀开度的动作需综合比对压力控制模型和温度控制模型给出的两个值，取其中较小的值，以确保系统的可靠性和可控性，放气到设定压力之后关闭加排阀与自动充放气系统泄压，完成压力和温度双重反馈的自动充放气全过程。

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.基于压力与温度双重反馈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反馈，参数设定包括充气压力上限、温度上限，其中压力上限按照实际产品要求进行设定，温度上限参数设定与实际产品要求间存有余量；

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：按压力反馈控制模型与温度反馈控制模型调节自动充放气系统中调压比例阀的开度以自动控制充气速度，若压力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。