CN110712766B - 基于综合电子系统的分级分布式自主热控功率管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于综合电子系统的分级分布式自主热控功率管理方法，包括：S1.航天器中的中心管理单元采集所有综合业务单元所管理的管理对象的状态参数，以及所述综合业务单元对所述管理对象的性能排序结果上传至所述中心管理单元；S2.根据所述状态参数，所述中心管理单元获取所有处于开启状态的所述管理对象的加热回路总功率；S3.将所述加热回路总功率与设定的控温能耗目标值相比较，若所述加热回路总功率大于或小于所述控温能耗目标值，则所述中心管理单元基于所述性能排序结果选择性的关闭或开启所述管理对象。本发明实现了对航天器高效自主的热控功率管理。

Description

基于综合电子系统的分级分布式自主热控功率管理方法

技术领域

本发明涉及一种热控功率管理方法，尤其涉及一种基于综合电子系统的分级分布式自主热控功率管理方法。

背景技术

规模较大的复杂航天器，具有航天器热控回路数量大、热控功率在整星总功率的占大、整星热控回路通断变化相对频繁且热控功耗持续动态变化的特点。热控功率陡升或陡降都会对整星的供电母线电流造成较大冲击，可能会导致整星恒压供电或恒流供电模式的频繁切换，不利于整星供电母线的稳态控制，这就要求应对复杂航天器的热控功率需进行管理控制。传统的复杂航天器，一般通过配置负责热控业务的热控控制单元专用设备实现热控功率管理的功能。

随着计算机和电子技术的进步，航天器的各个分系统出现了集中化的趋势，形成了一体化的构架——卫星综合电子系统。对于功能任务较简单的微小卫星，一般采用集中式的体系结构，即将传统航天器的不同业务功能进行划分，并在单台或多台高性能计算机上集中实现的方式；对于复杂航天器，则通常需采用分层分布式的综合电子系统架构，顶层以中心管理单元(CMU)为决策中枢，以多台综合业务单元(ISU)为航天器不同布局区域的管理终端设备，通过总线网络互联，相互配合实现航天器多业务的综合管理。航天器综合化已成为未来航天器的发展大趋势。

采用综合电子技术的复杂航天器，由于综合电子设备需要处理多种航天器业务，受制于硬件机时条件，现有复杂航天器综合电子系统一般只能实现热敏电阻温度采集与热控回路通断控制的基础热控管理功能，不具备对整星热控功耗进行管理的能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于综合电子系统的分级分布式自主热控功率管理方法，解决航天器中单台综合电子设备热控功率管理效率低的问题。

为实现上述发明目的，本发明提供一种基于综合电子系统的分级分布式自主热控功率管理方法，包括：

S1.航天器中的中心管理单元采集所有综合业务单元所管理的管理对象的状态参数，以及所述综合业务单元对所述管理对象的性能排序结果上传至所述中心管理单元；

S2.根据所述状态参数，所述中心管理单元获取所有处于开启状态的所述管理对象的加热回路总功率；

S3.将所述加热回路总功率与设定的控温能耗目标值相比较，若所述加热回路总功率大于或小于所述控温能耗目标值，则所述中心管理单元基于所述性能排序结果选择性的关闭或开启所述管理对象。

根据本发明的一个方面，所述状态参数包括：用于标识所述管理对象加热回路通断的工作状态参数，所述管理对象加热回路的加热回路功率，所述管理对象加热回路的回路阈值上下限和所述管理对象加热回路当前的控温热敏电阻温度。

根据本发明的一个方面，所述综合业务单元对所述管理对象的性能排序结果上传至所述中心管理单元的步骤中，各所述综合业务单元分别对其所管理的所述管理对象进行性能排序，生成与之相对应的所述性能排序结果并上传至所述中心管理单元。

根据本发明的一个方面，所述性能排序结果包括：第一排序结果和第二排序结果；

所述第一排序结果为处于开启状态的所述管理对象加热回路实测温度与控温阈值上限之间差值由低到高的排序结果，其中，若所述差值相同，则功率大的所述管理对象位于功率小的所述管理对象之前；

所述第二排序结果为处于关闭状态的所述管理对象加热回路实测温度与控温阈值下限之间差值由低到高的排序结果，其中，若所述差值相同，则功率小的所述管理对象位于功率大的所述管理对象之前。

根据本发明的一个方面，步骤S3中，若所述加热回路总功率大于所述控温能耗目标值，则包括：

S31.所述中心管理单元基于各所述综合业务单元的所述第一排序结果选择当前排序结果中最靠前的一个所述管理对象；

S32.选出加热回路实测温度与控温阈值上限之间差值最小的所述管理对象为目标对象；

S33.所述中心管理单元向所述目标对象发送控温回路断开指令，使所述目标对象停止工作。

根据本发明的一个方面，所述中心管理单元重新获取所有处于开启状态的所述管理对象的加热回路总功率并与所述控温能耗目标值相比较，若所述加热回路总功率仍大于所述控温能耗目标值，则重复执行步骤S1-S3。

根据本发明的一个方面，步骤S3中，若所述加热回路总功率小于所述控温能耗目标值，则包括：

S34.所述中心管理单元基于各所述综合业务单元的所述第二排序结果选择当前排序结果中最靠前的一个所述管理对象；

S35.选出加热回路实测温度与控温阈值下限之间差值最小的所述管理对象为目标对象；

S36.所述中心管理单元基于所述状态参数获取所述目标对象的加热回路功率，并与当前所述加热回路总功率相加后与所述控温能耗目标值相比较；

S37.若所述目标对象的加热回路功率与当前所述加热回路总功率之和仍小于所述控温能耗目标值，则所述中心管理单元向所述目标对象发送控温回路接通指令，使所述目标对象开始工作。

根据本发明的一个方面，步骤S37中，若所述目标对象的加热回路功率与当前所述加热回路总功率之和大于所述控温能耗目标值，则所述中心管理单元终止向所述目标对象发送控温回路接通指令。

根据本发明的一个方面，步骤S37中，所述目标对象开始工作后，所述中心管理单元重新执行步骤S1-S3。

根据本发明的一个方面，步骤S3中，若所述加热回路总功率等于所述控温能耗目标值，则重新执行步骤S1-S3。

根据本发明的一种方案，有效解决了将热控功率优化管理任务集中于单台设备，从而造成设备计算资源严重冲突，机时资源不足的问题。充分利用分级分布式综合电子系统架构的特点，将综合电子系统看成一个统一的计算资源池，通过分层分布式计算手段，充分发挥系统的计算效能，在保证单台设备既定任务的基础上，有效利用其计算资源余量，实现了系统对航天器热控功率自主高效的优化管理功能。

根据本发明的一种方案，充分利用复杂航天器分层分布式的综合电子系统体系架构特点，由各综合业务单元(ISU)实现局部的热控功率排序管理并上报给中心管理单元(CMU)，中心管理单元(CMU)在各综合业务单元(ISU)局部管理结果的基础上，实现对整星的最终热控功率的优化管理，将整星的热控功耗控制在不超过功耗上限的稳态水平。

根据本发明的一种方案，可以基于系统已有的计算资源，充分挖掘资源效能，在不增加系统额外资源开销的前提下，实现对整星的热控功率稳态控制。

根据本发明的一种方案，不依赖于地面测控条件制约，可由航天器星上自主实现。

根据本发明的一种方案，本方法通过分布式协作运算，可极大提升系统热控功率优化计算效率，有效压缩热控任务处理时间。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的步骤框图；

图2示意性表示根据本发明的一种实施方式的系统结构图；

图3示意性表示根据本发明的一种实施方式的优化过程流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种基于综合电子系统的分级分布式自主热控功率管理方法，包括：

S1.航天器中的中心管理单元采集所有综合业务单元所管理的管理对象的状态参数，以及综合业务单元对管理对象的性能排序结果上传至中心管理单元；

S2.根据状态参数，中心管理单元获取所有处于开启状态的管理对象的加热回路总功率；

S3.将加热回路总功率与设定的控温能耗目标值相比较，若加热回路总功率大于或小于控温能耗目标值，则中心管理单元基于性能排序结果选择性的关闭或开启管理对象。

如图2所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的方法是基于综合电子的分级分布式自主热控功率管理系统实现的，在本系统中包括中心管理单元(CMU)和综合业务单元(ISU1，ISU 2…，ISUn)，中心管理单元为顶层决策，各综合业务单元为分布式辅助构成双层架构。其中，中心管理单元和综合业务单元通过1533B总线进行连接。每个综合业务单元均管理有多个管理对象，用于对航天器上不同区域或模块进行热控管理。在本实施方式中，综合业务单元为多个。在本实施方式中，中心管理单元作为航天器整星自主热控功率优化管理的决策单元，依据各综合业务单元上报的局部计算结果，进行整星系统级的优化计算处理。中心管理单元以地面上注设定的热控功耗阈值为控制目标，在功率优化功能使能状态下，通过加热回路总功耗超出目标阈值时，启动自主关闭加热回路优化迭代计算；加热回路总功耗低于目标阈值时，自主启动加热回路优化迭代计算，直至新一轮迭代启动回路会导致总功耗超出目标阈值时退出，最终实现整星的加热总功耗最为趋近于且不超过目标功耗阈值，从而完成航天器系统级自主热控功率管理。

根据本发明的一种实施方式，状态参数包括：用于标识管理对象加热回路通断的工作状态参数，管理对象加热回路的加热回路功率，管理对象加热回路的回路阈值上下限和管理对象加热回路当前的控温热敏电阻温度。

根据本发明的一种实施方式，可以通过地面发送指令使能/禁止分级分布式自主热控功率管理系统的加热器功率智能管理功能，设备上电缺省状态为禁止。地面发送的使能/禁止加热器功率智能管理指令，中心管理单元上应用软件接收后通过1533B总线向各综合业务单元广播，进而获取所有综合业务单元所管理的管理对象的状态参数。

根据本发明的一种实施方式，综合业务单元对管理对象的性能排序结果上传至中心管理单元的步骤中，每个综合业务单元分别对其所管理的管理对象进行性能排序，生成与之相对应的性能排序结果并上传至中心管理单元，即每个综合业务单元对应一个性能排序结果。通过上述设置，通过对管理对象进行排序，可以方便获知管理对象的工作性能，进而有利于后续对管理对象的准确控制，使得航天器处于稳定的工作状态。

根据本发明的一种实施方式，性能排序结果包括：第一排序结果和第二排序结果。在本实施方式中，第一排序结果为处于开启状态的管理对象加热回路实测温度与控温阈值上限之间差值由低到高的排序结果，其中，若差值相同，则功率大的管理对象位于功率小的管理对象之前。在本实施方式中，第二排序结果为处于关闭状态的管理对象加热回路实测温度与控温阈值下限之间差值由低到高的排序结果，其中，若差值相同，则功率小的管理对象位于功率大的管理对象之前。通过上述设置，分别对不同工作状态的管理对象进行排序，进而可以方便在不同优化任务时，及时获取相应的管理对象，提高了优化效率，保证了对航天器的实时优化控制。

根据本发明的一种实施方式，第一排序结果和第二排序结果中不需要将所用管理对象的排序结果上报至中心管理单元，可以通过设定规则对第一排序结果和第二排序结果进行裁剪，例如，各综合业务单元每次不用把所有排序结果都上报给中心管理单元，保留上报排序最靠前的5路结果即可。通过上述设置，可以有效节约总线流量，对保证上传速度和及时性有利，进而能够实现对航天器的精确控制。

根据本发明的一种实施方式，性能排序结果中所包含的管理对象的加热回路可通过地面指令进行剔除和新增。发生故障的加热回路不纳入管理对象。正常加热回路出现在轨故障后，软件自动将其从管理对象中剔除。待故障回路恢复正常后，可由地面指令将其重新纳入管理对象。通过上述设置，可以进一步提高优化过程的作业效率，避免故障回路无法运行导致优化失败的情况。

如图3所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，若加热回路总功率大于控温能耗目标值，则包括：

S31.中心管理单元基于各综合业务单元的上传的第一排序结果选择当前排序结果中最靠前的一个管理对象。在本实施方式中，中心管理单元从每一个第一排序结果中选取排在最前的一个管理对象，进而可以获取多个管理对象。

S32.选出加热回路实测温度与控温阈值上限之间差值最小的管理对象为目标对象。在步骤S31中选出的多个管理对象中进行横向对比，挑选出其中加热回路实测温度与控温阈值上限之间差值最小的作为目标对象。通过上述设置，使得优化过程对加热回路的选择更加精细，保证了本发明的优化效果。

S33.中心管理单元向目标对象发送控温回路断开指令，使目标对象停止工作。

根据本发明的一种实施方式，步骤S33中目标对象停止工作之后，中心管理单元重新获取所有处于开启状态的管理对象的加热回路总功率并与控温能耗目标值相比较，若加热回路总功率仍大于控温能耗目标值，则重复执行步骤S1-S3。同时，综合业务单元上传的性能排序结果中的第一排序结果将已关闭的管理对象剔除。

如图3所示，根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，若加热回路总功率小于控温能耗目标值，则包括：

S34.中心管理单元基于各综合业务单元的第二排序结果选择当前排序结果中最靠前的一个管理对象。在本实施方式中，中心管理单元从每一个第二排序结果中选取排在最前的一个管理对象，进而可以获取多个管理对象。

S35.选出加热回路实测温度与控温阈值下限之间差值最小的管理对象为目标对象。在本实施方式中，在步骤S34中选出的多个管理对象中进行横向对比，挑选出其中加热回路实测温度与控温阈值下限之间差值最小的作为目标对象。通过上述设置，使得优化过程对加热回路的选择更加精细，保证了本发明的优化效果。

S36.中心管理单元基于状态参数获取目标对象的加热回路功率，并与当前加热回路总功率相加后与控温能耗目标值相比较。

S37.若目标对象的加热回路功率与当前加热回路总功率之和仍小于控温能耗目标值，则中心管理单元向目标对象发送控温回路接通指令，使目标对象开始工作。

根据本发明的一种实施方式，步骤S37中，目标对象开始工作后，中心管理单元重新执行步骤S1-S3。同时，综合业务单元上传的性能排序结果中的第二排序结果将已接通的管理对象剔除。

根据本发明的一种实施方式，步骤S37中，若目标对象的加热回路功率与当前加热回路总功率之和大于控温能耗目标值，则中心管理单元终止向目标对象发送控温回路接通指令。中心管理单元对加热回路的优化完成并退出计算。

通过上述设置，在需要接通加热回路之前首先将目标对象的加热回路功率与当前加热回路总功率之和与控温能耗目标值进行比较，可以有效防止开启的加热回路功率过高对整个航天器产生影响，而且也避免了加热回路功率过高触发另一部分的优化流程，使本发明的优化效率更高。

根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，若加热回路总功率等于控温能耗目标值，则重新执行步骤S1-S3。

根据本发明，可以基于系统已有的计算资源，充分挖掘资源效能，在不增加系统额外资源开销的前提下，实现对整星的热控功率稳态控制。

根据本发明，不依赖于地面测控条件制约，可由航天器星上自主实现。

根据本发明，本方法通过分布式协作运算，可极大提升系统热控功率优化计算效率，有效压缩热控任务处理时间。

为进一步阐述本发明的优化过程，结合图3作进一步举例说明。

1.各综合业务单元(ISU1，ISU 2…，ISUn)负责完成对分管的局部加热回路排序。每个综合业务单元(ISU1，ISU 2…，ISUn)提供2个排序结果：一个为按所有加热回路实测温度与控温阈值上限差值由低到高排序结果，差值相同时，功率较大者排前面；另一个为按所有未加热回路实测温度与控温阈值下限差值由低到高排序结果，差值相同时，功率较小者排前面；

2.各综合业务单元(ISU1，ISU 2…，ISUn)将排序最靠前的5路结果挑出后上报给中心管理单元(CMU)；

3.中心管理单元(CMU)每次采集各综合业务单元(ISU1，ISU 2…，ISUn)上报结果中当前排序最靠前的1路结果，并进行横向比较，选出加热回路实测温度与控温阈值上限差最小的回路，即如图3所示的B1回路，作为后进行功率优化的处理对象，并从对应综合业务单元(ISU1，ISU 2…，ISUn)上报结果中剔除；

4.中心管理单元(CMU)完成对选中回路的功率优化操作后，若不满足退出功率优化的条件，则重复步骤3，继续从各综合业务单元(ISU1，ISU 2…，ISUn)剩余上报结果中，挑选进行功率优化的处理对象。

上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于综合电子系统的分级分布式自主热控功率管理方法，包括：

S1.航天器中的中心管理单元采集所有综合业务单元所管理的管理对象的状态参数，以及所述综合业务单元对所述管理对象的性能排序结果上传至所述中心管理单元；

S2.根据所述状态参数，所述中心管理单元获取所有处于开启状态的所述管理对象的加热回路总功率；

S3.所述中心管理单元以地面上注设定的控温能耗目标值为控制目标，在功率优化功能使能状态下，将所述加热回路总功率与设定的控温能耗目标值相比较，若所述加热回路总功率大于或小于所述控温能耗目标值，则所述中心管理单元基于所述性能排序结果选择性的关闭或开启所述管理对象，用于所述航天器的加热总功耗最为趋近于且不超过所述控温能耗目标值。

2.根据权利要求1所述的分级分布式自主热控功率管理方法，其特征在于，所述状态参数包括：用于标识所述管理对象加热回路通断的工作状态参数，所述管理对象加热回路的加热回路功率，所述管理对象加热回路的回路阈值上下限和所述管理对象加热回路当前的控温热敏电阻温度。

3.根据权利要求2所述的分级分布式自主热控功率管理方法，其特征在于，所述综合业务单元对所述管理对象的性能排序结果上传至所述中心管理单元的步骤中，各所述综合业务单元分别对其所管理的所述管理对象进行性能排序，生成与之相对应的所述性能排序结果并上传至所述中心管理单元。

4.根据权利要求3所述的分级分布式自主热控功率管理方法，其特征在于，所述性能排序结果包括：第一排序结果和第二排序结果；

所述第一排序结果为处于开启状态的所述管理对象加热回路实测温度与控温阈值上限之间差值由低到高的排序结果，其中，若所述差值相同，则功率大的所述管理对象位于功率小的所述管理对象之前；

所述第二排序结果为处于关闭状态的所述管理对象加热回路实测温度与控温阈值下限之间差值由低到高的排序结果，其中，若所述差值相同，则功率小的所述管理对象位于功率大的所述管理对象之前。

5.根据权利要求4所述的分级分布式自主热控功率管理方法，其特征在于，步骤S3中，若所述加热回路总功率大于所述控温能耗目标值，则包括：

S31.所述中心管理单元基于各所述综合业务单元的所述第一排序结果选择当前排序结果中最靠前的一个所述管理对象；

S32.选出加热回路实测温度与控温阈值上限之间差值最小的所述管理对象为目标对象；

S33.所述中心管理单元向所述目标对象发送控温回路断开指令，使所述目标对象停止工作。

6.根据权利要求5所述的分级分布式自主热控功率管理方法，其特征在于，所述中心管理单元重新获取所有处于开启状态的所述管理对象的加热回路总功率并与所述控温能耗目标值相比较，若所述加热回路总功率仍大于所述控温能耗目标值，则重复执行步骤S1-S3。

7.根据权利要求4所述的分级分布式自主热控功率管理方法，其特征在于，步骤S3中，若所述加热回路总功率小于所述控温能耗目标值，则包括：

S34.所述中心管理单元基于各所述综合业务单元的所述第二排序结果选择当前排序结果中最靠前的一个所述管理对象；

S35.选出加热回路实测温度与控温阈值下限之间差值最小的所述管理对象为目标对象；

S36.所述中心管理单元基于所述状态参数获取所述目标对象的加热回路功率，并与当前所述加热回路总功率相加后与所述控温能耗目标值相比较；

S37.若所述目标对象的加热回路功率与当前所述加热回路总功率之和仍小于所述控温能耗目标值，则所述中心管理单元向所述目标对象发送控温回路接通指令，使所述目标对象开始工作。

8.根据权利要求7所述的分级分布式自主热控功率管理方法，其特征在于，步骤S37中，若所述目标对象的加热回路功率与当前所述加热回路总功率之和大于所述控温能耗目标值，则所述中心管理单元终止向所述目标对象发送控温回路接通指令。

9.根据权利要求7所述的分级分布式自主热控功率管理方法，其特征在于，步骤S37中，所述目标对象开始工作后，所述中心管理单元重新执行步骤S1-S3。

10.根据权利要求1所述的分级分布式自主热控功率管理方法，其特征在于，步骤S3中，若所述加热回路总功率等于所述控温能耗目标值，则重新执行步骤S1-S3。

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