CN107942749B - 一种适用于自动电帘除尘系统的自动控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于登月器的自动电帘除尘系统。其功能实现方法具有“电帘”理论的特点。本发明包括除尘功能板模块、计算机模块、I/O电路模块、可控硅模块。采用了电帘除尘技术和自动控制技术结合方法，通过采用自动除尘系统控制的方法，实现了登月器的自动电帘除尘，降低了登月器内部的电能消耗，并实现了电帘除尘的自动控制，该方法具有较高的可靠性、稳定性，满足了登月器除尘的需求。

Description

一种适用于自动电帘除尘系统的自动控制系统和方法

技术领域

本发明涉及一种适用于自动电帘除尘系统的自动控制系统和方法。

背景技术

全世界正掀起一个新的探月热潮，美国、日本、欧空局、俄罗斯和印度等国家纷纷制定了探月计划，我国的嫦娥探月计划也正在有条不紊的进行当中。月球表面是厚厚一层由于长期环境作用而形成的微小粒子，粒子的平均直径为40-130μm，我们称之为月尘。由于月球的低重力和近乎真空的条件，这些细小微粒很容易受到自然或人为活动扰动而悬浮在空中。细小的月尘颗粒有较高的比表面积和绝缘性，在月球的高温、强辐射环境和各种接触、摩擦等的作用下，很容易带上电荷，有很强的粘附力。月尘粘附和堆积到各种接触到太阳能板、光学镜头等装置上时，容易造成视觉模糊、读数错误、密封失效、机构堵塞、材料磨损、热控制、吸入和过敏等诸多问题，给登月带来了许多困难。

类似地，在火星上，风暴席卷着微小的尘埃布满了整个火星表面,细小的微尘被吹浮到数千米的高空,并悬浮在那里长达数个月之久。这些微尘堆积在光学系统上使其视觉模糊，积聚在太阳电池翼表面上使其转换效率降低。据火星探路者测试结果表明：积聚和粘附在太阳电池翼上的尘埃使太阳电池翼的转换效应每个火星日下降约28％。据估计两年后，积聚物造成的太阳电池翼的电性能下降可达22％-29％之间。

因此，除尘技术是月球和火星探测不得不解决的问题。日本科学家曾经提出过理论，经论证，“电帘”理论可以用于月尘清除。实验表明月尘会随着电磁波震荡沿着电磁波轨迹运动，从而向两边移动，达到除尘的效果。现在世界比较认同并且有实验验证的除尘方法有电磁除尘法，其代表设备为“电磁除尘器”。NASA的肯尼迪空间中心在20世纪90年代初设计一种安全清除月球粉尘的装置，由便携式气体储存罐和粉尘清除附件组成。近期，美国NASA再次实现了“电帘除尘”的论证。目前，更加实用的电帘除尘方法和装置依然是业内迫切需要实现的目标。

发明内容

本发明人通过计算、仿真及实验分析，提出了一种适用于自动电帘除尘系统的自动控制系统和方法。本发明的自动电帘除尘系统和方法不需要部件的移动，除尘效率较高，可以实现自动化，有效节约了宇航员的宝贵时间，避免了宇航员的安全风险，优势明显。

本发明的一个实施例的自动电帘除尘方案适用于登月器的自动电帘除尘系统及其实现方法，其目的是通过电帘除尘技术处理长期处于恶劣工作环境下登月器表面的微小粒子，利用“电帘”理论，采用电磁波震荡的方式，使月尘沿着电磁波轨迹运动，从而向两边移动，实现除尘，以解决视觉模糊、读数错误、密封失效、机构堵塞、材料磨损、热控制、吸入和过敏等诸多问题。

本发明的自动电帘除尘系统包括除尘功能板模块、计算机模块、I/O电路模块、可控硅模块。本发明采用了电帘除尘技术和自动控制技术结合的方案，采用对除尘功能板通直流除尘电压的方法，通过电磁波震荡的方式，实现了登月器表面的除尘，保证了登月器的寿命，并实现了电帘除尘的自动控制，为登月器的正常工作提供了条件。

根据本发明的一个方面，提供了一种适用于自动电帘除尘系统的自动控制系统，其特征在于包括：

第一至第四继电器模块，每个继电器模块分别控制电帘的一组电极，通过控制程序的输出变化，使相邻的电极依次通电；

第一至第四继电器模块各包括一个继电器，各继电器通过刀双掷开关模块实现对自动电帘除尘系统的电帘的控制；

300V电源模块，包括第一至第四电源，用于分别给第一至第四继电器模块提供动力；

第一和第二输出通道模块，分别用于监视状态与实现除尘功能；

第五电源的24V电源模块，用于提供所述第一至第四继电器模块的通/断控制电压；

单刀双掷开关模块，用于实现对自动电帘除尘系统的电帘的控制；

接地端模块，用于统一整个自动电帘除尘系统的地，保证系统的安全性与实用性；

主控器，用于控制第一输出通道模块和第二输出通道模块的工作状态，从而实现自动电帘除尘，

其中所述主控器包括用于执行下列操作的模块：

A)对微尘传感器进行启动，

B)在微尘传感器开始工作后，对微尘颗粒浓度进行采集并反馈到主控器，

C)通过阈值判断，判断是否需要进行电帘除尘，其中当微尘颗粒浓度小于阈值时则退出，当微尘颗粒浓度大于阈值时则进入除尘操作，

D)在进入除尘程序后，首先对主程序进行初始化，然后进入是否退出判断步骤，以判断是否满足退出条件；若满足则退出，若不满足则进入等待触发事件，

E)当出现触发事件时，开始进行设定，并通过调用频率设定函数以及调用电压设定函数实现对电帘频率和电压的控制，之后进行写共享区操作，并且开始运行，

F)通过控制算法解算和输出控制量，给第一至第四继电器模块提供输入，

G)在执行操作步骤F)后，进入离开临界区，再次进入是否退出判断步骤，

其中，通过第一至第四继电器模块的动作，使得相邻的电极开始通电的时间有延迟，使得每个电极的电场和相邻电极的电场异相，

在所有平行电极提供相同的交替电势，每个电极的交替电势的开始时刻有延迟，该延迟使得每个电极的电场与相邻电极的电场不同，从而产生一个在各组电极上水平重复移动的电场分布，使尘埃在该移动的电场分布的作用下移动。

根据本发明的另一个方面，提供了一种适用于自动电帘除尘系统的自动控制方法，其特征在于包括：

用300V电源模块给自动电帘除尘系统提供动力，该300V电源模块包括第一至第四电源；

用第一至第四继电器模块实现对自动电帘除尘系统的电帘的控制，包括用第一至第四继电器模块分别控制电帘的一组电极，通过控制程序的输出变化，使相邻的电极依次通电；

其中，第一至第四继电器模块各包括一个继电器，各继电器通过单刀双掷开关模块实现对自动电帘除尘系统的电帘的控制；

通过第一和第二输出通道模块，分别监视状态和实现除尘功能；

用第五电源的24V电源模块提供所述第一至第四继电器模块的通/断控制电压；

用单刀双掷开关模块实现对电帘的控制；

用接地端模块统一整个自动电帘除尘系统的地，保证系统的安全性与实用性，

利用主控器控制第一输出通道模块和第二输出通道模块的工作状态，从而实现自动电帘除尘，包括：

A)对微尘传感器进行启动，

B)在微尘传感器开始工作后，对微尘颗粒浓度进行采集并反馈到主控器，

C)通过阈值判断，判断是否需要进行电帘除尘，其中当微尘颗粒浓度小于阈值时则退出，当微尘颗粒浓度大于阈值时则进入除尘操作，

D)在进入除尘程序后，首先对主程序进行初始化，然后进入是否退出判断步骤，以判断是否满足退出条件；若满足则退出，若不满足则进入等待触发事件，

E)当出现触发事件时，开始进行设定，并通过调用频率设定函数以及调用电压设定函数实现对电帘频率和电压的控制，之后进行写共享区操作，并且开始运行，

F)通过控制算法解算和输出控制量，给第一至第四继电器模块提供输入，

G)在执行操作步骤F)后，进入离开临界区，再次进入是否退出判断步骤，

其中，相邻的电极开始通电的时间有延迟，使得每个电极的电场和相邻电极的电场异相，

在所有平行电极提供相同的交替电势，每个电极的交替电势的开始时刻有延迟，该延迟使得每个电极的电场与相邻电极的电场不同，从而产生一个在各组电极上水平重复移动的电场分布，使尘埃在该移动的电场分布的作用下移动。

附图说明

图1是本发明的一种具体实施方案结构图。

图2是本发明的主控制器程序流程图。

具体实施方式

以下结合图1和2，详细说明本发明的具体实施方案。

所谓的“电帘”，包括一系列平行电极，被放置得相邻1厘米左右，通以交流电。对于每个相继的电极延迟开始通电流的时间使得每个电极的电磁场和相邻的电极异相，交互变化非常快，沿着电线向2个方向移动。但是为了同时在所有平行电极提供相同的交替流势，每个连续电极延误流势的开始时刻。这个轻微的延迟使得每个极板的电磁场与相邻的不同，创造了一种电磁波，它可以产生一个在极板上水平重复移动的电磁波，月尘粒子就在这个电磁波的作用下移动上升，像一个冲浪选手乘着波浪上下移动。

在图1所示的是根据本发明的一个实施例的适用于登月器自动电帘除尘系统的自动判断测试与控制系统中，具体地，每个继电器模块(105，106，107，108)分别控制相邻列的一组电极，通过控制程序的输出变化，使相邻的电极依次通电，实现“电帘”除尘。

图1所示的是根据本发明的一个实施例的自动电帘除尘系统的结构图。该系统包括：

第一至第四电源(101，102，103，104)的300V电源模块，第一至第四继电器模块(105，106，107，108)，第一和第二输出通道模块(109，110)，第五电源(111)的24V电源模块，单刀双掷开关模块(112)以及接地端模块(113)。具体地：

300V电源模块包括第一至第四电源(101，102，103，104)，用于给系统提供动力；

第一至第四继电器模块(105，106，107，108)各包括一个继电器。每个继电器在24v电源模块(111)的控制电压下时为通路，在0v时为断路。各继电器通过刀双掷开关模块(112)实现对电帘的控制；

第一和第二输出通道模块(109，110)包括两个通道，用于监视状态与实现除尘功能；

24V电源模块为第五电源(111)，用于产生控制电压，以对除尘进行系统的控制；

单刀双掷开关模块(112)通过开关的转化实现工作方式的变化；

接地端模块(113)统一了整个系统的地，保证了系统的安全性与实用性；

微尘传感器(114)用于设备的微尘颗粒浓度的采集，以实现系统的阈值判断控制。

图2是根据本发明的一个实施例的主控器控制程序流程图，该程序主要用于图一中两个输出通道模块(109，110)的工作状态控制，从而实现自动电帘除尘。

如图2所示，程序开始运行(201)后，首先对微尘传感器(114)进行启动(步骤202)，微尘传感器(114)开始工作后，对微尘颗粒浓度进行采集(203)并反馈到程序中，程序通过阈值判断(204)，判断是否需要进行电帘除尘，若微尘颗粒浓度小于阈值，则退出程序(206)；若微尘颗粒浓度大于阈值，则进入除尘程序。进入除尘程序后，首先对主程序进行初始化(205)，然后进入是否退出判断步骤(207)，以判断是否满足退出条件；若满足，则退出(206)；若不满足，则进入等待触发事件(208)。如果出现事件触发，则开始设定(209)。并通过调用频率设定函数(210)以及调用电压设定函数(211)实现对电帘频率和电压的控制，之后进行写共享区操作(212)，并且开始运行(213)。通过控制算法解算(214)和输出控制量(215)，给除尘功能板提供输入。然后即可进入离开临界区(216)，再次进入是否退出步骤(207)的判断。

如果一直没有事件触发(208)，则一直处于等待状态，输出默认的电压与平绿控制除尘板，此外本发明还对除尘板进行监控和记录。

Claims (4)

1.一种适用于自动电帘除尘系统的自动控制系统，其特征在于包括：

第一至第四继电器模块(105，106，107，108)，每个继电器模块分别控制电帘的一组电极，通过控制程序的输出变化，使相邻的电极依次通电；

第一至第四继电器模块(105，106，107，108)各包括一个继电器，各继电器通过刀双掷开关模块(112)实现对自动电帘除尘系统的电帘的控制；

300V电源模块，包括第一至第四电源(101，102，103，104)，用于分别给第一至第四继电器模块提供动力；

第一和第二输出通道模块(109，110)，分别用于监视状态与实现除尘功能；

第五电源(111)的24V电源模块，用于提供所述第一至第四继电器模块(105，106，107，108)的通/断控制电压；

单刀双掷开关模块(112)，用于实现对自动电帘除尘系统的电帘的控制；

接地端模块(113)，用于统一整个自动电帘除尘系统的地，保证系统的安全性与实用性；

主控器，用于控制第一输出通道模块(109)和第二输出通道模块(110)的工作状态，从而实现自动电帘除尘，

其中所述主控器包括用于执行下列操作的模块：

A)对微尘传感器(114)进行启动，

B)在微尘传感器(114)开始工作后，对微尘颗粒浓度进行采集并反馈到主控器，

C)通过阈值判断，判断是否需要进行电帘除尘，其中当微尘颗粒浓度小于阈值时则退出，当微尘颗粒浓度大于阈值时则进入除尘操作，

D)在进入除尘程序后，首先对主程序进行初始化，然后进入是否退出判断步骤，以判断是否满足退出条件；若满足则退出，若不满足则进入等待触发事件，

E)当出现触发事件时，开始进行设定，并通过调用频率设定函数以及调用电压设定函数实现对电帘频率和电压的控制，之后进行写共享区操作，并且开始运行，

F)通过控制算法解算和输出控制量，给第一至第四继电器模块(105，106，107，108)提供输入，

G)在执行操作步骤F)后，进入离开临界区，再次进入是否退出判断步骤，

其中，通过第一至第四继电器模块(105，106，107，108)的动作，使得相邻的电极开始通电的时间有延迟，使得每个电极的电场和相邻电极的电场异相，

在所有平行电极提供相同的交替电势，每个电极的交替电势的开始时刻有延迟，该延迟使得每个电极的电场与相邻电极的电场不同，从而产生一个在各组电极上水平重复移动的电场分布，使尘埃在该移动的电场分布的作用下移动。

2.根据权利要求1所述的自动控制系统，其特征在于：

第一至第四继电器模块(105，106，107，108)在24V电源模块的控制电压下时为通路，在0V时为断路。

3.一种适用于自动电帘除尘系统的自动控制方法，其特征在于包括：

用300V电源模块给自动电帘除尘系统提供动力，该300V电源模块包括第一至第四电源(101，102，103，104)；

用第一至第四继电器模块(105，106，107，108)实现对自动电帘除尘系统的电帘的控制，包括用第一至第四继电器模块(105，106，107，108)分别控制电帘的一组电极，通过控制程序的输出变化，使相邻的电极依次通电；

其中，第一至第四继电器模块(105，106，107，108)各包括一个继电器，各继电器通过单刀双掷开关模块(112)实现对自动电帘除尘系统的电帘的控制；

通过第一和第二输出通道模块(109，110)，分别监视状态和实现除尘功能；

用第五电源(111)的24V电源模块提供所述第一至第四继电器模块(105，106，107，108)的通/断控制电压；

用单刀双掷开关模块(112)实现对电帘的控制；

用接地端模块(113)统一整个自动电帘除尘系统的地，保证系统的安全性与实用性，

利用主控器控制第一输出通道模块(109)和第二输出通道模块(110)的工作状态，从而实现自动电帘除尘，包括：

A)对微尘传感器(114)进行启动，

B)在微尘传感器(114)开始工作后，对微尘颗粒浓度进行采集并反馈到主控器，

C)通过阈值判断，判断是否需要进行电帘除尘，其中当微尘颗粒浓度小于阈值时则退出，当微尘颗粒浓度大于阈值时则进入除尘操作，

D)在进入除尘程序后，首先对主程序进行初始化，然后进入是否退出判断步骤，以判断是否满足退出条件；若满足则退出，若不满足则进入等待触发事件，

E)当出现触发事件时，开始进行设定，并通过调用频率设定函数以及调用电压设定函数实现对电帘频率和电压的控制，之后进行写共享区操作，并且开始运行，

F)通过控制算法解算和输出控制量，给第一至第四继电器模块(105，106，107，108)提供输入，

G)在执行操作步骤F)后，进入离开临界区，再次进入是否退出判断步骤，

其中，相邻的电极开始通电的时间有延迟，使得每个电极的电场和相邻电极的电场异相，

在所有平行电极提供相同的交替电势，每个电极的交替电势的开始时刻有延迟，该延迟使得每个电极的电场与相邻电极的电场不同，从而产生一个在各组电极上水平重复移动的电场分布，使尘埃在该移动的电场分布的作用下移动。

4.根据权利要求3所述的自动控制方法，其特征在于：

第一至第四继电器模块(105，106，107，108)在24V电源模块的控制电压下时为通路，在零电压时为断路。

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