留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

一种基于空间光机热模型的自适应PID控制方法

李帅 杨宝玉 陆燕

李帅, 杨宝玉, 陆燕. 一种基于空间光机热模型的自适应PID控制方法[J]. 红外技术, 2021, 43(10): 934-939.
引用本文: 李帅, 杨宝玉, 陆燕. 一种基于空间光机热模型的自适应PID控制方法[J]. 红外技术, 2021, 43(10): 934-939.
LI Shuai, YANG Baoyu, LU Yan. Adaptive PID Control Method Based on Space Optical Mechanical Thermal Model[J]. Infrared Technology , 2021, 43(10): 934-939.
Citation: LI Shuai, YANG Baoyu, LU Yan. Adaptive PID Control Method Based on Space Optical Mechanical Thermal Model[J]. Infrared Technology , 2021, 43(10): 934-939.

一种基于空间光机热模型的自适应PID控制方法

详细信息
    作者简介:

    李帅(1992-),男,河南省南乐县人,硕士研究生,主要从事热控技术研究

    通讯作者:

    杨宝玉(1979-),副研究员,研究生导师,主要从事航天有效载荷项目中的控制电路及相关信号处理研究。E-mail:byyang@mail.sitp.ac.cn

  • 中图分类号: TK323

Adaptive PID Control Method Based on Space Optical Mechanical Thermal Model

  • 摘要: 为提高空间相机的控温稳定度以保证成像质量,本文提出一种基于空间光机热模型的自适应比例积分微分(proportional-integral-derivative, PID)控制方法。该控制器的设计从空间光机的热平衡方程出发,能够实时根据光机及与其辐射换热对象的温度修正光机的热模型,继而采用极点配置的方法实时校正PID控制器参数,最终确定本控温周期的加热占空比。本文通过建立抽象的空间光机热模型,分别施加上述自适应PID控制方法与固定参数PID控制方法,对控温效果进行了仿真及实验对比。结果表明,对环境扰动引起的温度波动,该自适应PID控制器始终保持最佳动态响应,控温稳定度优于± 0.1 K,具有更好的控温稳定性和环境适应性。
  • 图  1  基于空间光机热模型的自适应PID控温原理图

    Figure  1.  Schematic diagram of adaptive PID temperature control based on optical mechanical thermal model

    图  2  计算机闭环控制系统结构图

    Figure  2.  Control structure diagram of computer closed-loop system

    图  3  光机热控系统模型

    Figure  3.  Optical mechanical thermal control model

    图  4  仿真结果对比

    Figure  4.  Comparison of simulation results

    图  5  实验结果对比

    Figure  5.  Comparison of experimental results

  • [1] 付家鑫. 多波段共孔径光学系统结构设计与分析[D]. 长春: 长春理工大学, 2014.

    FU Jiaxin. Structure Design and Analysis of Multiband and Total Aperture Optical System[D]. Changchun: Changchun University of Science and Technology, 2014.
    [2] 郑建丽. 低温光学温度测控技术研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2011.

    ZHENG Jianli. Research on Low Temperature Optical Temperature Measurement and Control Technology[D]. Beijing: University of Chinese Academy of Sciences, 2011.
    [3] 赵振明, 鲁盼, 宋欣阳. "高分二号"卫星相机热控系统的设计与验证[J]. 航天返回与遥感, 2015, 36(4): 34-40. doi:  10.3969/j.issn.1009-8518.2015.04.005

    ZHAO Zhenming, LU Pan, SONG Xinyang. Thermal design and test for high resolution space camera on GF-2 satellite[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2015, 36(4): 34-40. doi:  10.3969/j.issn.1009-8518.2015.04.005
    [4] 李蓉. 空间太阳望远镜主光学望远镜热效应分析[J]. 航天返回与遥感, 2001, 31(12): 32-39. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201112023.htm

    LI Rong. Thermal effect analysis of main structure in space solar telescope[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2001, 31(12): 32-39. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201112023.htm
    [5] Savino De Palo, Michele Cairola, Marco Compassi, et al. Herschel heaters control modeling and correlation[C]//SAE Int. J. Aerosp, 2011, 4(1): 29-39.
    [6] 胡旭晓, 杨克己, 台宪青. 逐级递推式超精密温度控制策略研究[J]. 机械工程学报, 2004, 40(2): 64-67. doi:  10.3321/j.issn:0577-6686.2004.02.014

    HU Xuxiao, YANG Keji, TAI Xianqing. Research on step by step recursive ultra-precision temperature control strategy[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2004, 40(2): 64-67. doi:  10.3321/j.issn:0577-6686.2004.02.014
    [7] Taeho Keem, Seung-Woo Kim. Thermal stabilization for accurate dimensional measurement using Gallium[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2004, 44: 701-706.
    [8] 李国强, 耿利寅, 童叶龙. 航天器铆钟的一种精密控温系统[J]. 航天器工程, 2011, 20(4): 93-98. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HTGC201104016.htm

    LI Guoqiang, GENG Liyin, Tong Yelong. A precise temperature control system for spacecraft rubidium atomic clock[J]. Spacecraft Engineering, 2011, 20(4): 93-98. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HTGC201104016.htm
    [9] 孟晓倩, 杨宝玉, 张家昆, 等. 机械制冷机温控的系统仿真与分析[J]. 低温与超导, 2019, 47(5): 5-10. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DWYC201905001.htm

    MENG Xiaoqian, YANG Baoyu, ZHANG Jiakun, et al. System simulation and analysis of temperature control of mechanical cryocooler[J]. Cryogenics & Superconductivity, 2019, 47(5): 5-10. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DWYC201905001.htm
    [10] 王伟, 张晶涛, 柴天佑. PID参数先进整定方法综述[J]. 自动化学报, 2000, 26(3): 347-355. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MOTO201807011.htm

    WANG Wei, ZHANG Jingtao, CHAI Tianyou. A survey of advanced PID parameter tuning methods[J]. Acta Automatica Sinica, 2000, 26(3): 347-355. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-MOTO201807011.htm
    [11] 陶永华, 尹怡欣, 葛芦生. 新型PID控制及其应用[M]. 北京: 机械工业出版社, 1998.

    TAO Yonghua, YIN Yixin, GE Lusheng. New PID Control and Its Applications[M]. Beijing: China Machine Press, 1998.
    [12] 李小亭, 韩冰, 李正坤. 关于精密控温方法的比较研究[J]. 河北大学学报: 自然科学版, 2004, 24(1): 107-111. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HBDD200401024.htm

    LI Xiaoting, HAN Bing, LI Zhengkun. Comparative study on precision temperature control methods[J]. Journal of Hebei University: Natural Science Edition, 2004, 24(1): 107-111. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HBDD200401024.htm
    [13] Leroy C, Maisonneuve M, Piat M, et al. Simulation of the planck-HFI thermal control system[C]//Proc. of SPIE, 2008, 7017: 701713.
    [14] Allidina A Y, Hughes F M. Generalized self-tuning controller with pole-assignment[J]. Control Theory and Applications, IEE Proceedings D, 1980, 127(1): 13-18(DOI:  10.1049/ip-d:19800003).
    [15] 刘瑶瑶, 杨宝玉, 吴亦农. 制冷机PID温度控制参数设计[J]. 红外, 2016, 37(4): 7-10. doi:  10.3969/j.issn.1672-8785.2016.04.002

    LIU Yaoyao, YANG Baoyu, WU Yinong. Design of PID temperature control parameters for cryocooler[J]. Infrared, 2016, 37(4): 7-10. doi:  10.3969/j.issn.1672-8785.2016.04.002
    [16] 刘伯春. 离散时间自适应控制算法的一种新统一格式[J]. 控制理论与应用, 1989(6): 59-64.

    LIU Bochun. A new unification of discrete-time adaptive control algorithms[J]. Control Theory and Applications, 1989(6): 59-64.
  • 加载中
图(5)
计量
  • 文章访问数:  130
  • HTML全文浏览量:  63
  • PDF下载量:  25
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-16
  • 修回日期:  2020-03-16
  • 刊出日期:  2021-10-20

目录

    /

    返回文章
    返回