CN110018679A - 航天器自主温控系统闭环测试系统及测试方法 - Google Patents

航天器自主温控系统闭环测试系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种星载电子设备技术领域的航天器自主温控系统闭环测试系统及测试方法；所述测试系统所述系统包括航天器自主温控系统和闭环测试系统；所述航天器自主温控系统包括遥测采集模块、加热器驱动模块、处理器模块；所述闭环测试系统包括热敏电阻模拟板卡、加热器驱动检测板卡、上位机、测试终端；本发明还涉及前述测试系统的测试方法。本发明系统提出了航天器自主温控系统闭环测试方法，明确了闭环测试系统的相关组成，本发明的系统结构简单可靠，稳定性好，测试方法操作简便，测试效果良好；能够大幅缩短产品测试周期，提高研制的进度，提升研制的可靠性和测试效率，提高自主温控系统的测试覆盖性，具有显著的技术进步。

Description

航天器自主温控系统闭环测试系统及测试方法
技术领域
本发明涉及星载电子设备技术领域，具体涉及一种航天器自主温控系统闭环测试系统及测试方法。
背景技术
目前航天器上普遍采用两种温控方式，即主动温控和被动温控。最经典最常用的设计方法是被动温控为主、主动温控为辅，被动温控中运用比较广泛的是热控涂层，主动温控则一般采用加热片、流体回路等。航天器自主温控系统实现对航天器各舱段进行温度测量和控制，保证航天器的结构部件、仪器设备在空间环境中处于一个合适的温度范围，使其能够正常工作，是最常采用的主动温控技术之一。
航天器自主温控系统作为自动控制装置，具有一般控制器的特征，由温度信号采集、控制产生、控制执行三部分组成。其中温度信号一般通过热敏电阻测量，经AD量化后转化为电压信号采集，并将采集到的温度信号统一送至处理器进行计算判决，以确定是否需要驱动加热器或关断加热器，从而将温度控制在一定的区间内。
随着技术的发展，仪器设备的温度控制要求越来越高，加热器数量、温度测量点数量需求越来越多，控温策略越来越多样，导致自主温控系统复杂度大幅增加，产品测试周期成倍增长，严重影响研制进度和可靠性。另外，由于航天器研制流程的特殊性，只有在研制后期热试验时才能对自主温控系统进行比较真实的闭环模拟测试，时间比较滞后。因此，自主温控系统开发方测试显得尤为重要。本领域亟需提出全新的航天器自主温控系统的闭环测试方法，以便提高测试效率和产品可靠性。
经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利申请201110309956.6披露了一种温度闭环控制装置及测试方法，该发明的温度闭环控制装置，包括夹具、设置在夹具内的至少一个温度传感器、控制装置及执行装置；但是该发明记载的方法应用于航天器自主温控系统的测试时难以取得良好的效果。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种航天器自主温控系统闭环测试方法。本发明的测试方法能够提高测试效率，保证产品正确性和可靠性。
本发明涉及一种航天器自主温控系统闭环测试系统，所述系统包括航天器自主温控系统和闭环测试系统；
所述航天器自主温控系统包括遥测采集模块、加热器驱动模块、处理器模块；
所述遥测采集模块采集航天器控温点温度遥测，处理器模块根据采集到的控温点温度和加热器的控温要求，确定是否输出加热器开关指令；
所述加热器驱动模块接收并执行加热器开关指令，处理器模块同时将控温点温度、加热器开关状态的遥测通过测控通道下传至测试终端；
所述闭环测试系统包括热敏电阻模拟板卡、加热器驱动检测板卡、上位机、测试终端；所述热敏电阻模拟板卡模拟航天器控温点状态供遥测采集模块采集，加热器驱动检测板卡检测加热器驱动模块输出的开关状态，上位机控制热敏电阻模拟板卡的输出策略并接收加热器驱动检测板卡的检测信息，由测试终端接收航体器遥测信息和测试系统测试信息，经分析比较输出闭环测试结果，进而完成闭环测试。
本发明还涉及一种如前述航天器自主温控系统闭环测试系统的测试方法，包括如下步骤：
(1)上位机开始测试第i路加热器Hi自主温控功能，Hi的控温点分别为Ti,1、Ti,2、…、Ti,j、…、Ti,N，每个控温点要求设置的电阻值分别为Ri,1、Ri,2、…、Ri,j、…、Ri,N；其中，j＝1，L，N，N为加热器Hi的控温点个数；
(2)根据遥测采集模块温度采集量化电路设计，上位机计算控温点所设置电阻值的理论电压分别为Vi,1、Vi，2、…、Vi，j、…、Vi，N；
(3)根据加热器Hi控温点理论电压Vi,1、Vi，2、…、Vi，j、…、Vi，N和加热器控温策略，上位机计算理论温度电压Vi；
(4)根据加热器Hi控温阈值和控温点理论温度电压Vi，上位机计算加热器Hi的理论开关状态Si；
(5)控温点Ti,j、电阻值Ri,j和理论采集电压Vi，j为一一对应关系，由上位机将N个控温点信息和对应的电阻值信息输出至热敏电阻模拟板卡；
(6)热敏电阻模拟板卡根据控温点和板卡输出通道的对应关系，同时设置N个控温点所对应通道的电阻值Ri,j；
(7)遥测采集模块采集热敏电阻模拟板卡设置的电阻值，经AD量化后形成温度遥测Vi，1′、Vi，2′、…、Vi，j′、…、Vi，N′，并将温度遥测传输至处理器模块；
(8)根据加热器Hi控温点实际温度遥测Vi，1′、Vi，2′、…、Vi，j′、…、Vi，N′和加热器控温策略，处理器模块计算实际温度电压Vi′；
(9)根据加热器Hi控温阈值和控温点实际温度电压Vi′，处理器模块计算确定是否开启或者关闭第i路加热器；
(10)开启或者关闭加热器指令由处理器模块发出、加热器驱动模块执行，加热器驱动模块将开关状态遥测回传至处理器模块，第i路加热器Hi的开关状态遥测为Si′；
(11)加热器驱动检测板卡轮询检测加热器驱动模块输出状态，并将所有加热器开关检测信息传输至上位机，第i路加热器Hi的开关检测状态为Si″；
(12)处理器模块将所有采集到的温度遥测、加热器开关状态等信息通过下行遥测通道传输至测试终端；
(13)上位机将所有加热器的控温点理论采集电压、加热器开关检测状态等信息传输至测试终端；
(14)测试终端比较加热器Hi的每一路控温点理论采集电压Vi，j和星上实际采集电压Vi，j′，若|Vi，j-Vi，j′|≤ΔQAD，则温度模拟和采集功能正常，可以转入下一步，否则检查采集偏差原因，其中ΔQAD为最大偏差值；
(15)测试终端比较加热器Hi的理论开关状态Si、开关状态遥测Si′和开关检测状态Si″，若Si＝Si′＝Si″，则第i路加热器Hi自主温控功能正常，否则检查错误原因；
(16)重复上述步骤直至完成所有加热器自主温控测试。
优选地，所述步骤(6)中热敏电阻模拟板卡通过可编程电阻实现电阻值的灵活设置。
优选地，所述步骤(3)和(8)中控温策略采用单温度点控温，则理论温度电压Vi＝Vi,1，实际温度电压Vi′＝Vi，1′。
优选地，所述步骤(3)和(8)中控温策略采用最大温度值控温，则理论温度电压Vi＝Max(Vi，1,Vi，2,L,Vi，N)，实际温度电压Vi′＝Max(Vi，1′,Vi，2′,L,Vi，N′)。
优选地，所述步骤(3)和(8)中控温策略采用最小温度值控温，则理论温度电压Vi＝Min(Vi，1,Vi，2,L,Vi，N)，实际温度电压Vi′＝Min(Vi，1′,Vi，2′,L,Vi，N′)。
优选地，所述步骤(3)和(8)中控温策略采用平均温度值控温，则理论温度电压实际温度电压
优选地，所述步骤(4)和(9)中控温阈值包括控温阈值上限Vi,max和控温阈值下限Vi,min。
优选地，所述步骤(4)和(9)中，若采用负温度系数热敏电阻测量温度，温度电压小于上限Vi,max，关加热器，温度电压大于下限Vi,min，开加热器；对于采用正温度系数热敏电阻测量温度，温度电压大于上限Vi,max，关加热器，温度电压小于下限Vi,min，开加热器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明系统提出了航天器自主温控系统闭环测试方法，明确了闭环测试系统的相关组成，本发明的系统结构简单可靠，稳定性好，测试方法操作简便，测试效果良好；能够大幅缩短产品测试周期，提高研制的进度，提升研制的可靠性和测试效率，提高自主温控系统的测试覆盖性，具有显著的技术进步。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为航天器自主温控测试系统框图；
图2为温度遥测采集示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例中，本发明涉及的航天器自主温控系统闭环测试系统，系统包括航天器自主温控系统和闭环测试系统；
所述航天器自主温控系统包括遥测采集模块、加热器驱动模块、处理器模块；
所述遥测采集模块采集航天器控温点温度遥测，处理器模块根据采集到的控温点温度和加热器的控温要求，确定是否输出加热器开关指令；
所述加热器驱动模块接收并执行加热器开关指令，处理器模块同时将控温点温度、加热器开关状态的遥测通过测控通道下传至测试终端；
所述闭环测试系统包括热敏电阻模拟板卡、加热器驱动检测板卡、上位机、测试终端；所述热敏电阻模拟板卡模拟航天器控温点状态供遥测采集模块采集，加热器驱动检测板卡检测加热器驱动模块输出的开关状态，上位机控制热敏电阻模拟板卡的输出策略并接收加热器驱动检测板卡的检测信息，由测试终端接收航体器遥测信息和测试系统测试信息，经分析比较输出闭环测试结果，进而完成闭环测试。
为进一步对本发明进行详细说明，以采用本发明设计的航天器自主温控测试系统为例，如图1所示，包括自主温控系统和闭环测试系统两部分。
航天器自主温控系统由遥测采集模块、加热器驱动模块、处理器模块组成。由遥测采集模块采集航天器控温点温度遥测，温度传感器选用负温度系数热敏电阻，采集电路如图2示意。处理器模块根据采集到的温度遥测和加热器控温要求，确定是否输出加热器开关指令，由加热器驱动模块接收并执行加热器开关指令，处理器模块同时将控温点温度、加热器开关状态等遥测通过测控通道下传至测试终端。
闭环测试系统由热敏电阻模拟板卡、加热器驱动检测板卡、上位机、测试终端组成，热敏电阻模拟板卡模拟航天器控温点状态供遥测采集模块采集，加热器驱动检测板卡检测加热器驱动模块输出的开关状态，上位机控制热敏电阻模拟板卡的输出策略并接收加热器驱动检测板卡的检测信息，由测试终端接收航体器遥测信息和测试系统测试信息，经分析比较输出闭环测试结论。
负温度系数热敏电阻是利用半导体材料制成的温度敏感元件，其电阻值会随着温度的升高而变小。负温度系数热敏电阻的电阻-温度特性为非线性关系，每一只热敏电阻都会由厂家给出电阻-温度标定值。在遥测采集模块中配置一个5V基准电压和一个作为分压用的基准电阻，将热敏电阻和基准电阻对5V的串联分压值作为模拟通道的输入，转换公式为：
其中，U为5V基准电压，R1为基准电阻，通常为10KΩ，RT为热敏电阻，V为采集到的电压。
遥测采集模块采用8比特量化AD，采集范围0～5V，量化分层值为0.0196V。
以表1所示加热器测试为例说明自主温控系统闭环测试方法的具体步骤。
表1加热器测试示例
控温点热敏电阻选用MF501，表2为一只MF501热敏电阻的分度表。因MF501一致性较好，因此在计算中，“+X内侧板模块温度测点1”和“+X内侧板模块温度测点2”均选用表2的数值。
表2热敏电阻各温度点对应的电阻值
温度 实测电阻 温度 实测电阻 温度 实测电阻 温度 实测电阻
℃ kΩ ℃ kΩ ℃ kΩ ℃ kΩ
-40 193.2196 -10 29.5383 10 10.1639 30 3.9621
-30 99.1308 -9 27.9219 11 9.6678 31 3.7913
-20 53.0400 -8 26.4025 12 9.1990 32 3.6289
-10 29.5383 -7 24.9738 13 8.7557 33 3.4745
0 17.0681 -6 23.6300 14 8.3365 34 3.3275
10 10.1639 -5 22.3656 15 7.9398 35 3.1876
20 6.2514 -4 21.1755 16 7.5644 36 3.0544
30 3.9621 -3 20.0549 17 7.2090 37 2.9276
40 2.5819 -2 18.9996 18 6.8724 38 2.8068
50 1.7265 -1 18.0052 19 6.5536 39 2.6916
60 1.1818 0 17.0681 20 6.2514 40 2.5819
70 0.8280 1 16.1846 21 5.9649 41 2.4773
80 0.5912 2 15.3515 22 5.6933 42 2.3775
3 14.5655 23 5.4356 43 2.2823
4 13.8238 24 5.1911 44 2.1915
5 13.1237 25 4.9591 45 2.1048
6 12.4627 26 4.7387 46 2.0221
7 11.8383 27 4.5294 47 1.9430
8 11.2484 28 4.3306 48 1.8676
9 10.6909 29 4.1417 49 1.7954
10 10.1639 30 3.9621 50 1.7265
假设表1中温度下限为10℃，温度上限为20℃，根据公式1和表2，可得出Vi,min＝2.52V，Vi,max＝1.92V。
测试具体过程如下：
(1)“+X内侧板模块加热器1主”采用平均温度值控温策略，即“+X内侧板模块温度测点1+”和“+X内侧板模块温度测点2”的平均值作为实际温度电压。测试时，两个控温点电阻值分别设置为Ri,1＝15KΩ、Ri,2＝9KΩ；
(2)根据负温度系数热敏电阻温度采集量化电路设计，上位机计算控温点所设置电阻值的理论电压分别为：
(3)因为采用平均温度值控温策略，上位机计算理论温度电压为：
(4)比较理论温度电压Vi和温度上限、温度下限，Vi大于下限Vi,min，开加热器，得出理论开关状态Si为开；
(5)热敏电阻模拟板卡接收上位机给出的控温点电阻值Ri,1、Ri,2，通过设置可编程电阻，在相应的通道输出规定的阻值；
(6)遥测采集模块采集到“+X内侧板模块温度测点1+”和“+X内侧板模块温度测点2”的温度遥测经AD量化后数字量分别为0x99、0x79，还原到电压值分别为Vi，1′＝2.9988V、Vi，2′＝2.3716V，遥测采集模块将温度遥测数字量传输至处理器模块；
(7)处理器模块根据平均温度值控温策略要求，计算实际温度电压为：
(8)处理器模块比较实际温度电压Vi′和温度上限、温度下限，Vi′大于下限Vi,min，开启“+X内侧板模块加热器1主”；
(9)由加热器驱动模块接收、执行加热器开关指令，并将开关状态遥测回传至处理器模块，“+X内侧板模块加热器1主”的开关状态遥测Si′为开；
(10)加热器驱动检测板卡轮询检测加热器驱动模块输出状态，并将所有加热器开关检测信息传输至上位机，“+X内侧板模块加热器1主”的开关检测状态Si″为开；
(11)处理器模块将所有采集到的温度遥测、加热器开关状态等信息通过下行遥测通道传输至测试终端；
(12)上位机将所有加热器的控温点理论采集电压、加热器开关检测状态等信息传输至测试终端；
(13)因采用8比特量化AD，理论上AD量化后的电压偏差最大为0.0196V，考虑到电阻模拟精度、量化非线性等因素，ΔQAD选定为0.04V。测试终端比较“+X内侧板模块加热器1主”的每一路控温点理论采集电压Vi，1、Vi，2和星上实际采集电压Vi，1′、Vi，2′，若|Vi，1-Vi，1′|≤ΔQAD且|Vi，2-Vi，2′|≤ΔQAD，则温度模拟和采集功能正常，由上述步骤可知，误差均小于ΔQAD，可以转入下一步；
(15)测试终端比较“+X内侧板模块加热器1主”的理论开关状态Si、开关状态遥测Si′和开关检测状态Si″，若Si＝Si′＝Si″，则“+X内侧板模块加热器1主”自主温控功能正常，由上述步骤可知，理论开关状态Si、开关状态遥测Si′和开关检测状态Si″均为开，说明自主温控系统通过该测试用例的测试。上述步骤通过一个用例简述了采用本测试方法的具体过程，可以对自主温控系统的软硬件产品状态进行闭环验证。
综上可见，本发明系统提出了航天器自主温控系统闭环测试方法，明确了闭环测试系统的相关组成，本发明的系统结构简单可靠，稳定性好，测试方法操作简便，测试效果良好；能够大幅缩短产品测试周期，提高研制的进度，提升研制的可靠性和测试效率，具有显著的技术进步。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种航天器自主温控系统闭环测试系统，其特征在于，所述系统包括航天器自主温控系统和闭环测试系统；
所述航天器自主温控系统包括遥测采集模块、加热器驱动模块、处理器模块；
所述遥测采集模块采集航天器控温点温度遥测，处理器模块根据采集到的控温点温度和加热器的控温要求，确定是否输出加热器开关指令；
所述加热器驱动模块接收并执行加热器开关指令，处理器模块同时将控温点温度、加热器开关状态的遥测通过测控通道下传至测试终端；
所述闭环测试系统包括热敏电阻模拟板卡、加热器驱动检测板卡、上位机、测试终端；所述热敏电阻模拟板卡模拟航天器控温点状态供遥测采集模块采集，加热器驱动检测板卡检测加热器驱动模块输出的开关状态，上位机控制热敏电阻模拟板卡的输出策略并接收加热器驱动检测板卡的检测信息，由测试终端接收航体器遥测信息和测试系统测试信息，经分析比较输出闭环测试结果，进而完成闭环测试。
2.一种如权利要求1所述的航天器自主温控系统闭环测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)上位机开始测试第i路加热器Hi自主温控功能，Hi的控温点分别为Ti,1、Ti,2、…、Ti,j、…、Ti,N，每个控温点要求设置的电阻值分别为Ri,1、Ri,2、…、Ri,j、…、Ri,N；其中，j＝1，L，N，N为加热器Hi的控温点个数；
(2)根据遥测采集模块温度采集量化电路设计，上位机计算控温点所设置电阻值的理论电压分别为Vi,1、Vi，2、…、Vi，j、…、Vi，N；
(3)根据加热器Hi控温点理论电压Vi,1、Vi，2、…、Vi，j、…、Vi，N和加热器控温策略，上位机计算理论温度电压Vi；
(4)根据加热器Hi控温阈值和控温点理论温度电压Vi，上位机计算加热器Hi的理论开关状态Si；
(5)控温点Ti,j、电阻值Ri,j和理论采集电压Vi，j为一一对应关系，由上位机将N个控温点信息和对应的电阻值信息输出至热敏电阻模拟板卡；
(6)热敏电阻模拟板卡根据控温点和板卡输出通道的对应关系，同时设置N个控温点所对应通道的电阻值Ri,j；
(7)遥测采集模块采集热敏电阻模拟板卡设置的电阻值，经AD量化后形成温度遥测Vi，1′、Vi，2′、…、Vi，j′、…、Vi，N′，并将温度遥测传输至处理器模块；
(8)根据加热器Hi控温点实际温度遥测Vi，1′、Vi，2′、…、Vi，j′、…、Vi，N′和加热器控温策略，处理器模块计算实际温度电压Vi′；
(9)根据加热器Hi控温阈值和控温点的实际温度电压Vi′，处理器模块计算确定是否开启或者关闭第i路加热器；
(10)开启或者关闭加热器指令由处理器模块发出、加热器驱动模块执行，加热器驱动模块将开关状态遥测回传至处理器模块，第i路加热器Hi的开关状态遥测为Si′；
(11)加热器驱动检测板卡轮询检测加热器驱动模块输出状态，并将所有加热器开关检测信息传输至上位机，第i路加热器Hi的开关检测状态为Si″；
(12)处理器模块将所有采集到的温度遥测、加热器开关状态信息通过下行遥测通道传输至测试终端；
(13)上位机将所有加热器的控温点理论采集电压、加热器开关检测状态信息传输至测试终端；
(14)测试终端比较加热器Hi的每一路控温点理论采集电压Vi，j和星上实际采集电压Vi，j′，若|Vi，j-Vi，j′|≤ΔQAD，则温度模拟和采集功能正常，可以转入下一步，否则检查采集偏差原因，其中ΔQAD为最大偏差值；
(15)测试终端比较加热器Hi的理论开关状态Si、开关状态遥测Si′和开关检测状态Si″，若Si＝Si′＝Si″，则第i路加热器Hi自主温控功能正常，否则检查错误原因；
(16)重复上述步骤直至完成所有加热器自主温控测试。
3.如权利要求2所述的航天器自主温控系统闭环测试系统的测试方法，其特征是，所述步骤(6)中热敏电阻模拟板卡通过可编程电阻实现电阻值的灵活设置。
4.如权利要求2所述的航天器自主温控系统闭环测试系统的测试方法，其特征是，所述步骤(3)和(8)中控温策略采用单温度点控温，则理论温度电压Vi＝Vi,1，实际温度电压Vi′＝Vi，1′。
5.如权利要求2所述的航天器自主温控系统闭环测试系统的测试方法，其特征是，所述步骤(3)和(8)中控温策略采用最大温度值控温，则理论温度电压Vi＝Max(Vi，1,Vi，2,L,Vi，N)，实际温度电压Vi′＝Max(Vi，1′,Vi，2′,L,Vi，N′)。
6.如权利要求2所述的航天器自主温控系统闭环测试系统的测试方法，其特征是，所述步骤(3)和(8)中控温策略采用最小温度值控温，则理论温度电压Vi＝Min(Vi，1,Vi，2,L,Vi，N)，实际温度电压Vi′＝Min(Vi，1′,Vi，2′,L,Vi，N′)。
7.如权利要求2所述的航天器自主温控系统闭环测试系统的测试方法，其特征是，所述步骤(3)和(8)中控温策略采用平均温度值控温，则理论温度电压实际温度电压
8.如权利要求2所述的航天器自主温控系统闭环测试系统的测试方法，其特征是，所述步骤(4)和(9)中控温阈值包括控温阈值上限Vi,max和控温阈值下限Vi,min。
9.如权利要求2所述的航天器自主温控系统闭环测试系统的测试方法，其特征是，所述步骤(4)和(9)中，若采用负温度系数热敏电阻测量温度，温度电压小于上限Vi,max，关加热器，温度电压大于下限Vi,min，开加热器；对于采用正温度系数热敏电阻测量温度，温度电压大于上限Vi,max，关加热器，温度电压小于下限Vi,min，开加热器。
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