DE60114955T2 - Thermosteuerung und Verfahren zur Thermosteuerung einer Mehrzahl von Objekten innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches - Google Patents

Thermosteuerung und Verfahren zur Thermosteuerung einer Mehrzahl von Objekten innerhalb eines bestimmten Temperaturbereiches Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine thermische Steuervorrichtung zum Ausüben einer gleichzeitigen thermischen Steuerung bei mehreren Objekten, die Heizvorrichtung oder dergleichen verwenden, ein mit der thermischen Steuervorrichtung versehenes Raumfahrzeug sowie ein entsprechendes thermisches Steuerverfahren. Beispielsweise bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die thermische Steuerung für einen künstlichen Satelliten, eine Raumstation oder ein Raumfahrzeug wie ein Transportfahrzeug für Raumnavigation.
  • 2. Stand der Technik
  • 6 zeigt schematisch ein herkömmliches thermisches Steuersystem für einen künstlichen Satelliten.
  • Das System enthält eine Leistungsquelle 1 und eine Rechenvorrichtung 6 zum Bestimmen/Befehlen das EIN/AUS von Heizvorrichtungen 3, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Rechenvorrichtung 6 enthält eine EIN/AUS-Bestimmungsschaltung 7 für die Heizvorrichtungen 3. Mehrere thermische Steuerobjekte 21 , 22 , 23 ... 2i ... (nachfolgend als "Objekte" bezeichnet) sind in einem künstlichen Satelliten installiert. Für jedes der Objekte 2 ist eine Heizvorrichtung 31 , 32 , 33 ... 3i ..., ein Temperatursensor 41 , 42 , 43 ... 4i ... und ein Schalter 51 , 52 , 53 ... 5i ... zum Steuern des EIN/AUS der Heizvorrichtung 3 gemäß den Befehlen von der Rechenvorrichtung 6 vorgesehen. In den Zeichnungen haben die Zahlen 2-5 Indizes 1, 2, 3, ... i ... in dieser Reihenfolge von oben, um anzuzeigen, dass mehrere Elemente vorgesehen sind. Für einen künstlichen Satelliten kann das Objekt 2 beispielsweise eine elektronische Vorrichtung für Lagesteuerung, Kommunikation, Datenverarbeitung, Leistungszuführung oder dergleichen, eine Propellervorrichtung und eine Antennenvorrichtung enthalten, die in der Satellitenstruktur angeordnet sind.
  • Die Arbeitsweise eines herkömmlichen thermischen Steuersystems für künstliche Satelliten wird nun mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben. In diesem System nach dem Stand der Technik wird eine EIN/AUS-Steuerung für die Heizvorrichtungen in der EIN/AUS-Bestimmungsschaltung 7 für die Heizvorrichtungen auf der Grundlage der in 7 dargestellten Logik durchgeführt.
  • Zuerst wird im Schritt S1 die Temperatur Ti jedes Objekts 2i unter Verwendung des an dem Objekt 2i befestigten Temperatursensor 4i gemessen. Im Schritt S2 wird die Temperatur Ti mit der unteren Grenzsteuer temperatur Tia des Objekts 2i verglichen. Wenn Ti < Tia ist, dann weist die Rechenvorrichtung 6 den Schalter 5i im Schritt S3 an, EIN zu sein, so dass die Heizvorrichtung 3i eingeschaltet wird, um die Temperatur Ti anzuheben. Wenn Ti ≧ Tia im Schritt S2 ist, wird die Temperatur Ti weiter mit der oberen Grenzsteuertemperatur Tib des Objekts 2i im Schritt 4 verglichen. Wenn Ti ≧ Tib ist, weist die Rechenvorrichtung 6 den Schalter 5i im Schritt S5 an, AUS zu sein, so dass die Heizvorrichtung 3i abgeschaltet wird, um hierdurch die Temperatur Ti des Objekts 2i herabzusetzen. Wenn Ti < Tib im Schritt S4 ist, wird andererseits der gegenwärtige EIN/AUS-Zustand der Heizvorrichtung aufrechterhalten (dieser Operationszustand wird als "Hysterese" bezeichnet). Gemäß der vorbeschriebenen thermischen Steuerung nach dem Stand der Technik wird die Temperatur Ti des Objekts 2i innerhalb eines Bereichs angenähert zwischen Tia und Tib gesteuert, wie in 8 gezeigt ist.
  • Bei dem vorbeschriebenen thermischen Steuersystem für künstliche Satelliten verbrauchen, wenn die thermische Steuerung gleichzeitig bei mehreren Objekten ausgeübt wird, die Heizvorrichtungen Leistung wie in 9 gezeigt ist. 9 illustriert ein Beispiel, bei dem drei Objekte durch drei Heizvorrichtungen thermisch gesteuert werden. Die durchschnittliche Leistung der drei Heizvorrichtungen ist durch eine strichlierte Linie angezeigt. Bei diesem Beispiel besteht die Möglichkeit, dass alle drei Heizvorrichtungen gleichzeitig eingeschaltet sind, in welchem Fall der Spitzenleistungsverbrauch durch die Heizvorrichtungen weitaus größer als die Durchschnittsleistung ist. Angesichts des Wärmeausgleichs sollte die thermische Steuerung möglich sein, solange wie Leistung entsprechend der Durchschnittsleistung von den Heiz vorrichtungen kontinuierlich verbraucht wird. Bei dem herkömmlichen Verfahren jedoch wird eine beträchtliche große Spitzenleistung (maximale Leistung) erzeugt durch gleichzeitige Betätigung mehrerer Heizvorrichtungen, was ein Leistungssystem des künstlichen Satelliten beeinträchtigt.
  • Beispielsweise haben mehr als einige der heute tatsächlich betriebenen künstlichen Satelliten 100 oder mehr installierte Heizvorrichtungen. In diesen künstlichen Satelliten erreicht der Spitzenleistungsverbrauch der Heizvorrichtungen mehrere bis zehnmal von deren Durchschnittsleistung und kann daher nicht außer Acht gelassen werden im Vergleich mit der erforderlichen Leistung für verschiedene in dem Satelliten installierte Vorrichtungen. Demgemäß muss das Leistungssystem des Satelliten so ausgebildet sein, dass es ausreichend Leistung liefern kann, um derartige Spitzenperioden abzudecken, aber in diesem Fall treten beträchtliche Nachteile hinsichtlich des Gewichts oder der Kosten des Satelliten auf, die sich daraus ergeben, dass er eine Leistungsquelle mit einer großen maximalen Zuführungskapazität enthält.
  • Andere Beispiele von thermischen Steuersystem sind in der US 4 337 401 und in der US 4 100 428 offenbart. Die US 4 337 401 offenbart ein Lastabwurfsystem innerhalb eines Gebäudes, um die Leistungsnachfrage unterhalb einer vorbestimmten Grenze zu halten. Tatsächliche Zustände, z.B. die Temperatur, werden innerhalb von Zonen des Gebäudes erfasst und Steuermittel sind angeordnet, um die Lasten abzuwerfen, die Zonen beeinflussen, derart, dass die Lasten mit der geringsten Abweichung zwischen den tatsächlichen Temperaturen und den gewünschten Temperaturen zuerst abgeworfen und die Lasten mit der größten Abweichung zuletzt abgeworfen werden.
  • In der US 4 100 428 ist ein Steuersystem zum Begrenzen der elektrischen Nachfrage von thermischen Lasten offenbart, bei dem die elektrische Nachfrage gemessen und mit einem maximalen Wert verglichen wird, die Temperatur jeder der Lasten gemessen und mit einer vorbestimmten Temperatur verglichen wird, und eine Prioritätsentscheidung durchgeführt wird für das Verbinden oder Unterbrechen der Lasten auf der Grundlage der Vergleichsinformationen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorgenannten Probleme der herkömmlichen thermischen Steuerung für einen künstlichen Satelliten oder dergleichen zu lösen, und sie hat zum Ziel, die Spitzenenergie (maximale Energie) herabzusetzen, die zu Heizvorrichtungen oder Kühlvorrichtungen geliefert werden muss, die erzeugt wird, wenn mehrere Heizvorrichtungen und Kühlvorrichtungen gleichzeitig betätigt werden.
  • Das Problem wird gelöst durch eine thermische Steuervorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein thermischen Steuerverfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 8.
  • Die Merkmale des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 9 sind kombiniert aus der US 4 337 401 bekannt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, den Pegel der von einem Energiezuführungssystem zu Heizvorrichtungen und/oder Kühlvorrichtungen gelieferten Spitzenenergie herabzusetzen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen erläutert, in denen:
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Struktur einer thermischen Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
  • 2 ist ein Beispiel für eine EIN/AUS-Prioritätsbestimmungslogik für Heizvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist ein Beispiel für eine Spitzenleistungs-Verwaltungslogik für Heizvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ist ein Diagramm, das das Ansprechen der Temperatur bei der thermischen Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 5 ist ein Diagramm, das eine Änderung der gesamten Heizvorrichtungsleistung bei der thermischen Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 6 ist ein schematisches Diagramm, das die Struktur einer thermischen Steuervorrichtung nach dem Stand der Technik zeigt;
  • 7 ist ein Beispiel für eine EIN/AUS-Logik für Heizvorrichtungen bei einer herkömmlichen thermischen Steuervorrichtung;
  • 8 ist ein Diagramm, das das Ansprechen der Temperatur bei einer thermischen Steuervorrichtung nach dem Stand der Technik darstellt; und
  • 9 ist ein Diagramm, das die Heizvorrichtungsleistung bei einer thermischen Steuervorrichtung nach dem Stand der Technik darstellt.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUGN DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der vorliegenden Erfindung wird im Einzelnen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
  • 1 zeigt eine Struktur der thermischen Steuervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung enthält eine Leistungsquelle 1 und eine Berechnungsvorrichtung 6 zum Bestimmung von EIN/AUS-Befehlen für Heizvorrichtungen 3 (die später beschrieben werden).
  • Die Berechnungsvorrichtung 6 enthält weiterhin eine EIN/AUS-Prioritätsbestimmungsschaltung 8 für die Heizvorrichtungen 3, die als eine EIN/AUS-Prioritätsausgabeschaltung für Heizvorrichtungen und/oder Kühlvorrichtungen wirkt, und einen Spitzenleistungs-Verwaltungsabschnitt 9 für Heizvorrichtungen. Jedes der N thermischen Steuerobjekte 21 , 22 , 23 ... 2i ... (werden nachfolgend als "Objekte" bezeichnet) (N 2) ist mit einer Heizvorrichtung 31 , 32 , 33 ... 3i ..., einem Temperatursensor 41 , 42 , 43 ... 4i ..., ei nem Schalter 51 , 52 , 53 ... 5i ... zum Ein- oder Ausschalten der Heizvorrichtung 3 gemäß den Befehlen von der Berechnungsvorrichtung 6 versehen. In der Zeichnung haben die Zahlen 2-5 Indizes 1, 2, 3, ... i ... in dieser Reihenfolge von oben, um anzuzeigen, dass mehrere Elemente vorgesehen sind.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel wählt die EIN/AUS-Prioritätsbestimmungsschaltung 8 für die Heizvorrichtungen einzuschaltende Kandidatenheizvorrichtungen aus und interpretiert die Priorität anhand der Reihenfolgewerte für die Einschaltung der Heizvorrichtungen, wie gemäß der darin installierten EIN/AUS-Prioritätsbestimmungslogik für die Heizvorrichtungen bestimmt ist. Dann bestimmt gemäß einer in dem Spitzenleistungs-Verwaltungsabschnitt 9 für die Heizvorrichtungen installierten Heizvorrichtungs-Spitzenleistungs-Verwaltungslogik der Heizvorrichtungs-Spitzenleistungs-Verwaltungsabschnitt 9 die Heizvorrichtungen, die tatsächlich eingeschaltet werden sollen, auf der Grundlage der von der EIN/AUS-Prioritätsbestimmungsschaltung 8 bestimmten Priorität, so dass die Spitzenleistung (maximale Leistung), die die Summe der von den eingeschalteten Heizvorrichtungen verbrauchte Leistung ist, nicht eine Grenze überschreitet, und schaltet die ausgewählten Heizvorrichtungen ein. Obgleich die Grenze der Spitzenleistung (maximale Leistung) von allen eingeschalteten Heizvorrichtungen (auch als "gesamte Heizvorrichtungen" bezeichnet) größer als die Durchschnittsleistung der gesamten Heizvorrichtungen sein muss, kann die Grenze aufgrund des Wärmegleichgewichts angenähert der Durchschnittsleistung sein. Demgemäß variiert, indem die Grenze der Spitzenleistung (maximalen Leistung) der gesamten Heizvorrichtungen etwas größer als deren Durchschnittsleistung gesetzt wird, die Ge samtleistung mehrerer Heizvorrichtungen 3 in der Nähe der Durchschnittsleistung, wie in 5 gezeigt ist, so dass die Spitzenleistung (maximale Leistung der gesamten Heizvorrichtungen) auf einen Pegel herabgesetzt werden kann, der nur geringfügig größer als deren Durchschnittsleistung ist.
  • In den 2 und 3 sind Beispiel der EIN/AUS-Prioritätsbestimmungslogik für die Heizvorrichtungen in der EIN/AUS-Prioritätsbestimmungsschaltung 8 und die Heizvorrichtungs-Spitzenleistungs-Verwaltungslogik in dem Heizvorrichtungs-Spitzenleistungs-Verwaltungsabschnitt 9 gemäß diesem Ausführungsbeispiel illustriert. Die spezifische Operation gemäß dieser Logik wird nun mit Bezug auf die 1 bis 3 beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 2 wird zuerst ein Beispiel der Reihenfolgebestimmung in der EIN/AUS-Prioritätsbestimmungslogik für die Heizvorrichtungen beschrieben. Bei diesem Beispiel wird eine Reihenfolge für jede Heizvorrichtung betreffend das Einschalten auf der Grundlage des Temperaturansprechens des thermischen Steuerobjekts und einer Temperaturdifferenz Δt zwischen der Temperatur des Objekts und der minimalen Temperatur, die für das Einschalten der Heizvorrichtung 3 erforderlich ist (die der Temperatur Tia in dem in 8 gezeigten Beispiel entspricht) zugewiesen. In 2 zeigen die eingekreisten Zahlen ➀, ➁, ➂, ... ➈ Reihenfolgewerte an. Im Hysteresezustand wird die Temperatur, bei der die Heizvorrichtung 3 eingeschaltet wird, von der Temperatur, bei der die Heizvorrichtung 3 ausgeschaltet wird, verschoben, so dass die Heizvorrichtung 3 relativ selten ein- und ausgeschaltet wird. In diesem Hysteresebereich hält die Heizvorrichtung 3 den gegenwärtigen Zustand solange aufrecht, wie den Bedingungen der Heizvorrichtungs-Spitzenleistungs-Verwaltungslogik, die nachfolgend beschrieben wird, genügt ist. (Insbesondere bleibt als eine Regel die Heizvorrichtung, die gegenwärtig EIN ist, im EIN-Zustand, während die Heizvorrichtung, die gegenwärtig AUS ist, im AUS-Zustand verbleibt). Der hier beschriebene Hysteresebereich ist ein Pegel der "AUS-Aufrechterhaltungstemperatur". Der Einschluss des Pegels der "AUS-Aufrechterhaltungstemperatur" in den Temperatursteuerbereich führt zu Vorteilen wie beispielsweise der Eliminierung von unnötigem Leistungsverbrauch und der Herabsetzung von von einem Heizvorrichtungs-Spitzenleistungs-Verwaltungsabschnitt durchgeführten Operationen, wie nachfolgend beschrieben wird. Weiterhin wird ΔT so ausgewählt, dass es Tia + 3ΔT ≦ Tib genügt, worin Tia eine untere Grenzsteuertemperatur darstellt, die eine Grenze der unteren Temperatur innerhalb eines Temperatursteuerbereichs des thermischen Steuerbereichs 2i bedeutet, wenn eine thermische Steuerung mittels Heizvorrichtungen durchgeführt wird, und Tib eine obere Grenzsteuertemperatur darstellt, die eine Grenze der höheren Temperatur innerhalb eines Temperatursteuerbereichs des thermischen Steuerobjekts 2i darstellt, wenn eine thermische Steuerung mittels Heizvorrichtungen durchgeführt wird. Der numerische Wert "3" in dem vorstehenden Ausdruck kann angemessen durch andere numerische Werte ersetzt werden, so dass eine optimale Steuerung gemäß der Zahl und dem Temperaturbereich von Heizvorrichtungen durchgeführt werden kann, sowie ein Temperaturansprechen.
  • Um die Priorität der Heizvorrichtungen zu bestimmen, weist die EIN/AUS-Prioritätsbestimmungsschaltung 8 eine digitale Schaltung auf, die so ausgebildet ist, dass digitale Daten, die aus der von dem Temperatur sensor 4i gemessenen Temperatur eines thermischen Steuerobjekts 2i mittels eines A/D-Wandlers umgewandelt sind, in eine Datenbank eingegeben werden, die eine beispielsweise in 2 gezeigte Tabelle speichert, und die Informationen über die Priorität der entsprechenden Heizvorrichtung 3i werden ausgegeben, oder eine logische Schaltung, die so ausgebildet ist, dass ein Signal, das ein thermisches Steuerobjekt 2i identifiziert, und ein von dem Temperatursensor 4i gemessener Temperaturwert des thermischen Steuerobjekts 2i darin eingegeben werden und Informationen über die Priorität ausgegeben werden.
  • Wenn beispielsweise die von dem Temperatursensor 41 gemessene Temperatur gleich (1,5ΔT + Tia) ist und das Temperaturansprechen des thermischen Steuerobjekts 21 schnell ist, liest die EIN/AUS-Prioritätsbestimmungsschaltung 8 aus der in 2 aus der in 2 gezeigten Tabelle, dass der Reihenfolgewert gleich ➄ ist, und bestimmt, dass die Heizvorrichtung 31 ein einzuschaltender Kandidat ist, aufgrund der Temperaturdifferenz Δt von Tia die ΔT – 2ΔT ist. Wenn andererseits die von dem Temperatursensor 42 gemessene Temperatur gleich (2,5ΔT + Tia) ist und das Temperaturansprechen des thermischen Steuerobjekts 22 langsam ist, interpretiert die EIN/AUS-Prioritätsbestimmungsschaltung 8, dass die Temperaturdifferenz Δt von Tia in 2ΔT – 3ΔT fällt und bestimmt, dass die Heizvorrichtung 32 auszuschalten ist.
  • Die EIN/AUS-Prioritätsbestimmungsschaltung 8 verwendet die Reihenfolgewerte, um die Priorität der Heizvorrichtung wie beispielsweise der Heizvorrichtung 31 zu bestimmen, wobei diese Priorität eine Reihenfolge anzeigt, in der die Heizvorrichtungen einzuschalten sind.
  • Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Beispiel für den thermischen Steuervorgang der Spitzenleistungs-Verwaltungslogik des Heizvorrichtungs-Spitzenleistungs-Verwaltungsabschnitts 9 in einem Zustand, in welchem die Spitzenleistung der Heizvorrichtungen 3 herabgesetzt ist, beschrieben.
  • Zuerst wird im Schritt S11 die Temperatur Ti jedes thermischen Steuerobjekts 2i durch den Temperatursensor 4i gemessen. Eine abzuschaltende Heizvorrichtung wird im Schritt S12 bestimmt gemäß der EIN/AUS-Prioritätsbestimmungslogik für die Heizvorrichtungen nach 2, und die Heizvorrichtung 3i wird im Schritt S13 ausgeschaltet. Dann wird im Schritt S14 im Hinblick auf die Heizvorrichtung 3i, die als nicht im AUS-Zustand bestimmt ist (d.h., EIN oder Hysterese in 2) gemäß der EIN/AUS-Prioritätsbestimmungslogik für die Heizvorrichtungen nach 2, bestimmt, ob die Heizvorrichtung 3i in einem Hysteresezustand ist. Wenn die Heizvorrichtung 3i in einem Hysteresezustand ist und gegenwärtig AUS ist (Schritt S15), bleibt die Heizvorrichtung 3i im AUS-Zustand. Somit werden alle Heizvorrichtung 3, die im AUS-Zustand sein sollen, ausgeschlossen, und folglich gehen die Heizvorrichtung, die gemäß der EIN/AUS-Prioritätsbestimmungslogik für die Heizvorrichtungen im Schritt S14 als EIN bestimmt wurde, und die Heizvorrichtung, die im Schritt S15 als in einem Hysteresezustand befindlich bestimmt wurde und nun EIN ist, als einzuschaltende Kandidatenheizvorrichtung 3j zu dem nachfolgenden Schritt S16 weiter. Beispielsweise sind unter der Annahme, dass die Temperatur der Heizvorrichtung 31 gleich (0,5ΔT + Tia) und das Temperaturansprechen des entsprechenden thermischen Steuerobjekts 21 schnell sind, dass die Temperatur der Heizvorrichtung 32 gleich (2,5ΔT + Tia) und das Temperaturansprechen des entsprechenden thermischen Steuerobjekts 22 mittelgroß und dass die Temperatur der Heizvorrichtung 33 gleich (3ΔT + Tia) und das Temperaturansprechen des entsprechenden thermischen Steuerobjekts 23 langsam sind, die Reihenfolgewert der Heizvorrichtungen 31 , 32 , 33 gemäß der Logik nach 2 gleich ➁, ➈ bzw. AUS. Demgemäß ist die Priorität der einzuschaltenden Kandidatenheizvorrichtungen 3j in der Reihenfolge Heizvorrichtung 31 (Reihenfolgewert ➁) und Heizvorrichtung 32 (Reihenfolgewert ➈).
  • Im Schritt S16 wird die Heizvorrichtungsleistung Pj jeder Kandidatenheizvorrichtungen 3j berechnet unter Verwendung einer Spannung V und eines Widerstands Rj von dieser gemäß dem folgenden Ausdruck (1). Pj = V2/Rj ... (1)
  • Dann wird unter Verwendung der Heizvorrichtungsleistung Pj jeder Heizvorrichtung 3j die Gesamtleistung P6 der Heizvorrichtungen 3j, wenn sie in der Reihenfolge der Priorität (➀, ➁, ➂, ..., m(h-1), mh, ... ➈), die auf der Grundlage der EIN/AUS-Prioritätslogik nach 2 erhalten wurden, eingeschaltet sind, gefunden. Beispielsweise ist, vorausgesetzt, dass die Summe der Heizvorrichtungsleistung der Heizvorrichtungen 3j mit der Reihenfolge gleich ΣPj(➀) ist, die Summe der Heizvorrichtungsleistung von Heizvorrichtungen 3j mit der Reihenfolge ➁ gleich ΣPj(➁), und die Summe der Heizvorrichtungsleistung von Heizvorrichtungen 3j mit dem Reihenfolgewert mh ist gleich ΣPj(mh), die Gesamtleistung Pt der Heizvorrichtungen mit den Reihenfolgewerten ➀ bis mh wird addiert in der Reihenfolge der Priorität, wie in dem folgenden Ausdruck (2) gezeigt ist. Pt = ΣPj(➀) + ΣPj(➁) + ... + ΣPj(mh) ... (2)
  • Im Schritt S17 wird festgestellt, wann die Gesamtleistung Pt der Heizvorrichtungen, die durch aufeinander folgendes Addieren der Heizvorrichtungsleistungen jeder Kandidatenheizvorrichtung 3j in der Prioritätsreihenfolge den Grenzwert P1 der Spitzenleistung (maximale Leistung) überschreitet, und der Reihenfolgewert mh der Heizvorrichtung, deren Addition die Überschreitung der Leistungsgrenze bewirkt hat, wird bestimmt. Im Schritt S18 werden die Heizvorrichtungen 3j mit den Reihenfolgewerten ➀ bis m(h-1), welcher eins vor dem Reihenfolgewert mh ist, werden eingeschaltet, während die Heizvorrichtungen 3j mit dem Reihenfolgewert mh und danach abgeschaltet werden.
  • Auf diese Weise fällt die Gesamtleistung Pt der Heizvorrichtung in die Grenze P1, wie durch den folgenden Ausdruck (3) angezeigt ist, und eine Reihe von EIN/AUS-Einstelloperationen der Heizvorrichtungen mittels der EIN/AUS-Prioritätsbestimmungslogik für die Heizvorrichtungen und der Spitzenleistungs-Verwaltungslogik sind beendet. Pt = ΣPj(➀) + ΣPj(➁) + ... + ΣPj(m(h-1)) < P1 ... (3)(worin angenommen wird, dass eine Summe der Heizvorrichtungsleistung der Heizvorrichtungen 3j mit dem Reihenfolgewert ➀ gleich ΣPj(➀) ist, eine Summe der Heizvorrichtungsleistungen der Heizvorrichtungen 3j mit dem Reihenfolgewert ➁ gleich ΣPj(➁) ist, und eine Summe der Heizvorrichtungsleistungen der Heizvorrichtungen 3j mit dem Reihenfolgewert mh gleich ΣPj(mh)) ist.
  • Dann kehrt der Vorgang zu dem ersten Schritt S11 zurück, in welchem die Temperatur Ti jedes thermischen Steuerobjekts gemessen wird, und die vorbeschriebene Reihe von Operationen wird wiederholt.
  • Gemäß dem vorbeschriebenen Vorgang wird die Temperatur Ti eines thermischen Steuerobjekts wie in 4 gezeigt variiert. 4 zeigt das Temperaturansprechen, wenn ein Beispiel der thermischen Steuerung nach der vorliegenden Erfindung für ein thermisches Steuerobjekt mit einem mittleren Temperaturansprechen in 2 durchgeführt wird. Im Gegensatz zu der herkömmlichen thermischen Steuerung, bei der die Temperatur des thermischen Steuerobjekts in einem Bereich zwischen Tia – Tib variiert, wie in 8 gezeigt ist, wird bei der vorliegenden Erfindung das EIN/AUS der Heizvorrichtungen im Allgemeinen innerhalb des Bereichs von Tia – Tib durchgeführt und die Temperatur der thermischen Steuerobjekte fällt auch in den Bereich von Tia – Tib. Gemäß der in 7 gezeigten Logik nach dem Stand der Technik wird die Heizvorrichtung nicht eingeschaltet, bis die Temperatur auf Tia fällt, und sie muss immer eingeschaltet sein, wenn die Temperatur einmal auf Tia fällt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird andererseits, wie in 2 gezeigt ist, den Heizvorrichtungen ermöglicht, eingeschaltet zu werden, bevor die Temperatur auf Tia abfällt, in welchem Fall die Heizvorrichtungen nicht notwendigerweise eingeschaltet werden müssen, und es ist daher möglich, einen beträchtlichen Freiheitsgrad für das EIN/AUS der Heizvorrichtungen vorzusehen.
  • Zusätzlich können, wenn die Gesamtleistung Pt der Heizvorrichtungen mit Bezug auf die Grenze P1 der Spitzenleistung (maximale Leistung) zu klein ist, die Heizvorrichtungen gemäß einer Priorität eingeschaltet werden, selbst bevor die Temperatur auf Tia abfällt. Im Gegensatz hierzu können, wenn die Gesamtleistung Pt den Grenzwert P1 der Spitzenleistung (maximale Leistung) überschreitet, die Heizvorrichtungen in der umgekehrten Reihenfolge der Priorität abgeschaltet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben ist, wird die gesamte Heizvorrichtungsleistung Pt so gesteuert, dass sie in eine Grenze P1 der Spitzenleistung (maximale Leistung) fällt, die so gesetzt ist, dass sie geringfügig größer als die Durchschnittsleistung der Heizvorrichtungen ist, während ein großer Freiheitsgrad für das EIN/AUS der Heizvorrichtungen vorgesehen ist. Hierdurch variiert die gesamte Heizvorrichtungsleistung Pt innerhalb eines Bereichs nahe der Durchschnittsleistung, wie in 5 gezeigt ist. Während bei dem herkömmlichen System die Spitzenleistung (maximale Leistung) beträchtlich größer als die Durchschnittsleistung ist, wie in 9 gezeigt ist, kann bei der vorliegenden Erfindung die Spitzenleistung (maximale Leistung) auf einen Pegel reduziert werden, der nur geringfügig größer als die Durchschnittsleistung ist, wie in 5 gezeigt ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es daher möglich, die zum thermischen Steuern eines Raumfahrzeugs wie eines künstlichen Satelliten erforderliche Spitzenleistung (maximale Leistung) der Heizvorrichtungen zu reduzieren, was zu einer Verringerung der maximalen Leistung des Leistungssystems des Raumfahrzeugs, das Leistung zu den Heizvorrichtungen liefert, führt, wodurch die Ausbildung des Leistungssystems vereinfacht wird. Dieser Vorteil ergibt auch eine Gewichts verringerung der in einem Raumfahrzeug zu installierenden Leistungsquelle, während die Kosten gesenkt werden.
  • Insbesondere wurde ein System vorgeschlagen, bei dem das Andocken in einer Raumstation oder dergleichen durchgeführt wird. Bei einem derartigen System wird häufig elektrische Leistung von einem angedockten Objekt zu einem anderen geliefert, und der Leistungsverbrauch des Objekts, zu dem die Leistung geliefert wird, muss streng verwaltet werden. Wenn die thermische Steuervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung für eine Transportvorrichtung (Raumfahrzeug) verwendet wird, das beispielsweise an eine Raumstation anzudocken ist, ist es möglich, die Heizvorrichtungsleistung zu reduzieren: Daher ist es möglich, ein Raumfahrzeug herzustellen, das den vorbeschriebenen strengen Anforderungen an die Leistungsverwaltung genügt.
  • Obgleich eine beispielhafte EIN/AUS-Prioritätsbestimmungslogik für Heizvorrichtungen wie in 2 gezeigt bei dem vorhergehenden Beispiel verwendet wird, kann eine andere Logik alternativ verwendet werden, solang wie die Logik den Anforderungen der Erfindung genügt. Weiterhin können, wenn eine Anzahl von thermischen Steuerobjekten vorgesehen ist, mehrere der Heizvorrichtungen demselben Rang des Temperaturansprechens zugeteilt sein, wenn die vorbeschriebene Dreipegeleinteilung verwendet wird. Wenn dies der Fall ist, kann das Temperaturansprechen in vier oder mehr Ränge unterteilt werden. Alternativ können Gegenstände in denselben Rang gemäß anderen Kriterien weiter eingeordnet werden. (Beispielsweise wird in demselben Rang eine weitere Dreipegel-Rangordnung verwendet, so dass eine Reihenfolge ➀-1, ➀-2, ➀-3, ➁-1, ➁-2, ➁-3, ... ➈-1, ➈-2, ➈-3 gesetzt ist.)
  • Bei dem vorstehenden Beispiel werden Heizvorrichtungen als eine Wärmequelle für die thermische Steuerung verwendet. Die vorliegende Erfindung ist jedoch anwendbar auf andere Typen von Heizvorrichtungen, die elektrische Leistung verwenden. Weiterhin ist das Konzept der vorliegenden Erfindung auch anwendbar auf die thermische Steuerung mittels einer elektrische Leistung verwendenden Kühlvorrichtung, um hierdurch die Spitzenleistung der Kühlvorrichtung herabzusetzen. Im Fall der thermischen Steuerung mittels Kühlvorrichtungen bedeutet im Gegensatz zu der thermischen Steuerung mittels Heizvorrichtungen die vorgenannte untere Grenzsteuertemperatur Tia die Grenze der höheren Temperatur innerhalb eines Temperatursteuerbereichs des thermischen Steuerobjekts 2i, und der Ausdruck "untere Grenze" bezieht sich auf "den Grenzwert der höheren Temperatur". In gleicher Weise bedeutet die vorgenannte obere Grenzsteuertemperatur Tib die Grenze der unteren Temperatur innerhalb eines Temperatursteuerbereichs des thermischen Steuerobjekts 2i, und der Ausdruck "obere Grenze" bezieht sich auf den "Grenzwert der unteren Temperatur". Für die thermische Steuerung mittels Kühlvorrichtungen wird ΔT so gewählt, dass es Tia – 3ΔT ≦ Tib genügt. Jedoch kann der numerische Wert 3 in dem vorstehenden Ausdruck zweckmäßig durch andere numerische Werte derart ersetzt werden, dass eine optimale Steuerung gemäß der Anzahl und dem Temperaturbereich von Kühlvorrichtungen sowie dem Temperaturansprechen durchgeführt werden kann. Weiterhin hat das vorstehende Beispiel eine Verringerung der Spitzenleistung einer thermischen Steuervorrichtung beschrieben, zu der elektrische Leistung als Energie zugeführt wird. Jedoch ist es selbstverständlich, dass das Konzept der vorliegenden Erfindung auch auf die Herabsetzung des Spitzenwertes einer anderen zuzuführenden Energie wie Gas oder Erdöl anwendbar ist.
  • Während das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung spezifischer Ausdrücke beschrieben wurde, dient eine derartige Beschreibung nur illustrativen Zwecken, und es ist darauf hinzuweisen, dass Änderungen und Variationen durchgeführt werden können, ohne dass der Bereich der angefügten Ansprüche verlassen wird.

Claims (9)

  1. Thermische Steuervorrichtung zum Ausüben einer gleichzeitigen thermischen Steuerung bei mehreren Objekten (2i), welche aufweist: mehrere Heizvorrichtungen und/oder Kühlvorrichtungen (3i), die jeweils so gesteuert werden, dass sie ein- oder ausgeschaltet sind, um die Temperatur eines jeweiligen thermisch gesteuerten Objekts (2i) zu steuern; für jedes der mehreren thermisch gesteuerten Objekte einen Temperatursensor (4i) zum Messen der Temperatur des jeweiligen thermisch gesteuerten Objekts und zum Ausgeben der gemessenen Temperatur; eine Heizvorrichtungs- und/oder Kühlvorrichtungs-EIN/AUS-Prioritätsbestimmungsschaltung (8), die als Antwort auf das Ausgangssignal der Temperatursensoren die einzuschaltenden Kandidaten-Heizvorrichtungen und/oder -Kühlvorrichtungen bestimmt und eine Priorität zum Einschalten der Kandidaten-Heizvorrichtungen und/oder -Kühlvorrichtungen ausgibt; und einen Energieverwaltungsabschnitt (9) zum Berechnen des Leistungsverbrauchs von jeder der Kandidaten-Heizvorrichtungen und/oder -Kühlvorrichtungen und zum aufeinander folgenden Addieren des Leistungsverbrauchs von jeder Kandidaten-Heizvorrichtung und/oder -Kühlvorrichtung in der Reihenfolge der Prioritäten bis zu einem Reihenwert, der bewirkt, dass eine vorbestimmte Leistungsgrenze überschritten wird, wodurch die Heizvorrichtungen und/oder Kühlvorrichtungen mit einem Reihenwert von eins vor dem Reihenwert, der bewirkt, dass die vorbestimmte Leistungsgrenze überschritten wird, eingeschaltet werden und die Heizvorrichtungen und/oder Kühlvorrichtungen mit einem Reihenwert, der gleich dem oder größer als der Reihenwert, der bewirkt, dass die vorbestimmte Leistungsgrenze überschritten wird, ist, abgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Prioritätsbestimmungsschaltung eine EIN/AUS-Prioritätslesetabelle aufweist, die die Reihenwerte enthält, die für jeden von mehreren Temperaturpegelbereichen innerhalb eines Temperatursteuerbereichs bestimmt sind, der für jedes der mehreren thermisch gesteuerten Objekte eingerichtet ist, und auf der Grundlage der Geschwindigkeit des Temperaturansprechens von jedem der thermisch gesteuerten Objekte, wodurch die Priorität in Form der Reihenwerte ausgegeben wird.
  2. Thermische Steuervorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine höhere Priorität einer Heizvorrichtung oder Kühlvorrichtung eines thermisch gesteuerten Objekts mit höherer Temperaturansprechgeschwindigkeit und einer Heizvorrichtung oder Kühlvorrichtung eines thermisch gesteuerten Objekts, dessen gemessene Temperatur näher an einer unteren Grenze ist, zugewiesen ist.
  3. Thermische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der der Temperatursteuerbereich einen Pegelbereich einer oberen Grenztemperatur angrenzend an die obere Grenze des Temperatursteuerbereichs enthält, und wenn die gemessene Temperatur innerhalb des Pegelbereichs der oberen Grenztemperatur fällt, eine Heizvorrichtung oder eine Kühlvorrichtung, die in dem thermisch gesteuerten Objekt mit der gemessenen Temperatur vorgesehen ist, abgeschaltet wird.
  4. Thermische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Temperatursteuerbereich einen Pegelbereich der AUS-Aufrechterhaltungstemperatur enthält; derart, dass, wenn die gemessene Temperatur innerhalb des Pegelbereichs der AUS-Aufrechterhaltungstemperatur fällt und eine Heizvorrichtung oder Kühlvorrichtung, die in dem thermisch gesteuerten Objekt mit der gemessenen Temperatur vorgesehen ist, in einem AUS-Zustand ist, die Heizvorrichtung oder die Kühlvorrichtung so gesteuert wird, dass sie in einem AUS-Zustand gehalten wird.
  5. Thermische Steuervorrichtung nach Anspruch 4, bei der die obere Grenze des Pegelbereichs der AUS-Aufrechterhaltungstemperatur an die untere Grenze des Pegelbereichs der oberen Grenztemperatur angrenzt.
  6. Thermische Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Energiegrenze so gesetzt wird, dass sie geringfügig größer als der durchschnittliche Energiepegel für die Heizvorrichtungen oder Kühlvorrichtungen im Betrieb ist.
  7. Raumfahrzeug, das mit einer thermischen Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 für die thermische Steuerung mehrerer thermisch gesteuerter Objekte versehen ist.
  8. Thermisches Steuerverfahren zum Ausüben der gleichzeitigen thermischen Steuerung mehrerer Objekte (2i) durch Steuern mehrerer Heizvorrichtungen und/oder Kühlvorrichtungen (3i), von denen jede so gesteuert wird, dass sie ein- oder ausgeschaltet ist, zum Steuern der Temperatur eines jeweiligen thermisch gesteuerten Objekts (2i), das die Schritte aufweist: – Messen der Temperatur von jedem der mehreren thermisch gesteuerten Objekte (2i) und Ausgeben der gemessenen Temperatur; – Bestimmen einer Priorität für das Einschalten von Kandidaten-Heizvorrichtungen und/oder -Kühlvorrichtungen (3i) als Antwort auf die gemessenen Temperaturen; wobei der Leistungsverbrauch von jeder der Kandidaten-Heizvorrichtungen und/oder -Kühlvorrichtungen berechnet und aufeinander folgend addiert wird in der Prioritätsreihenfolge bis zu einem Reihenwert, der bewirkt, dass eine vorbestimmte Leistungsgrenze überschritten wird, wodurch die Heizvorrichtungen und/oder Kühlvorrichtungen mit einem Reihenwert von eins vor dem Reihenwert, der bewirkt, dass die vorbestimmte Leistungsgrenze überschritten wird, eingeschaltet werden, und die Heizvorrichtungen und/oder Kühlvorrichtungen mit einem Reihenwert, der gleich dem oder größer als der Reihenwert ist, der bewirkt, dass die vorbestimmte Leistungsgrenze überschritten wird, ausgeschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Priorität definiert ist mittels einer EIN/AUS-Prioritätslesetabelle, die Reihenwerte enthält, die für jeden von mehreren Temperaturpegelbereichen innerhalb eines Temperatursteuerbereichs, der für jedes der mehreren thermisch gesteuerten Objekte eingerichtet ist, und auf der Grundlage der Temperaturansprechgeschwindigkeit von jedem der mehreren thermisch gesteuerten Objekte bestimmt sind, wodurch die Priorität in Form der Reihenwerte ausgegeben wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen ersten Schritt des Bestimmens der Priorität zum Einschalten der Heizvorrichtungen oder Kühlvorrichtungen auf der Grundlage der gemessenen Temperatur; einen zweiten Schritt des aufeinander folgenden Addierens von gelieferter Energie für die Einschaltung der Heizvorrichtung oder der Kühlvorrichtung in der Reihenfolge beginnend mit einer Heizvorrichtung oder einer Kühlvorrichtung mit höherer Priorität der Heizvorrichtungen oder Kühlvorrichtungen, deren Priorität in dem ersten Schritt bestimmt wurde; und einen dritten Schritt des aufeinander folgenden Vergleichens der Summe der in dem zweiten Schritt aufeinander folgend addierten Energie mit einer Energiegrenze, und wenn die Summe der Energie die Energiegrenze überschreitet, Einschalten der Heizvorrichtungen oder der Kühlvorrichtungen entsprechend der Energie, die unmittelbar vor der Zeit, zu der die Energiegrenze überschritten wird, addiert wurde, wobei der erste, zweite und dritte Schritt wiederholt ausgeführt werden.
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