衛(wèi)星用車(chē)載空調(diào)裝置測(cè)控系統(tǒng)的研制與試驗(yàn)

衛(wèi)星用車(chē)載空調(diào)裝置測(cè)控系統(tǒng)的研制與試驗(yàn)分析摘要：根據(jù)衛(wèi)星用運(yùn)輸車(chē)空調(diào)裝置所要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)，采用多級(jí)凈化、二次回風(fēng)和模糊-PID控制技術(shù)，提出了一套高可靠性的環(huán)境參數(shù)控制方案。測(cè)控系統(tǒng)調(diào)試完成后，通過(guò)實(shí)地考核試驗(yàn)，其測(cè)試數(shù)據(jù)完全符合設(shè)計(jì)要求，為特殊空調(diào)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)提供了參考。關(guān)鍵字：車(chē)載空調(diào)環(huán)境參數(shù)模糊PID控制0前言我國(guó)研制的某種型號(hào)的衛(wèi)星在發(fā)射之前，從安裝工廠(chǎng)運(yùn)輸?shù)桨l(fā)射塔架，大約需要數(shù)小時(shí)的運(yùn)輸時(shí)間。由于衛(wèi)星攜帶的電子和光學(xué)儀器越來(lái)越精密，它們對(duì)環(huán)境參數(shù)的要求也越來(lái)越高[1-2]，因而在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)裝有衛(wèi)星的整流罩內(nèi)的空氣品質(zhì)有嚴(yán)格的要求，需在衛(wèi)星運(yùn)輸車(chē)上安裝一套特殊的空調(diào)裝置，以控制其各項(xiàng)參數(shù)--溫度、濕度、壓力及凈化指標(biāo)，以滿(mǎn)足衛(wèi)星罩內(nèi)空氣的技術(shù)要求。1研制要求及裝置特點(diǎn)1.1研制要求衛(wèi)星車(chē)載空調(diào)裝置使用地區(qū)氣候條件惡劣，溫度可控范圍－20℃～35℃，相對(duì)濕度15%～85%，衛(wèi)星罩內(nèi)空氣必須處于50Pa以上的正壓，并保證其潔凈度達(dá)到10萬(wàn)級(jí)。車(chē)載空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中必須安全、可靠、溫濕度波動(dòng)小；衛(wèi)星罩內(nèi)的工況應(yīng)在規(guī)定的溫度、相對(duì)濕度范圍內(nèi)可任意調(diào)節(jié)；溫度控制精度為±0.5℃，相對(duì)濕度控制精度±4％；由初始狀態(tài)調(diào)到規(guī)定范圍內(nèi)任一狀態(tài)的時(shí)間快速等要求。1.2空調(diào)裝置特點(diǎn)由于該系統(tǒng)的特殊性，要求系統(tǒng)工作可靠、節(jié)省投資及操作簡(jiǎn)單，通過(guò)大量計(jì)算分析和多種方案對(duì)比[2-3]，確定了如圖1所示的空氣處理方案，以確保衛(wèi)星罩內(nèi)的空調(diào)參數(shù)符合技術(shù)要求。新風(fēng)通過(guò)設(shè)置在車(chē)頂?shù)男嘛L(fēng)口由新風(fēng)風(fēng)機(jī)吸入新風(fēng)管道，然后新風(fēng)通過(guò)粗效過(guò)濾器進(jìn)入空調(diào)箱內(nèi)與回風(fēng)混合后經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器冷卻去濕、加熱器和加濕器的加熱加濕、中效過(guò)濾器和高效過(guò)濾器的凈化處理，達(dá)到所要求的送風(fēng)狀態(tài)。對(duì)罩內(nèi)空氣潔凈度、總揮發(fā)性有機(jī)物以及非揮發(fā)性殘留物總量要進(jìn)行測(cè)試。另外，車(chē)載空調(diào)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，要補(bǔ)充罩內(nèi)泄漏的空氣，尤其是保證相對(duì)濕度最低達(dá)到15％，所以回風(fēng)系統(tǒng)采用一次回風(fēng)和二次回風(fēng)相結(jié)合的方式。在風(fēng)道上設(shè)置二次回風(fēng)管路，加上變頻風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)量，達(dá)到去濕和防結(jié)霜的目的。2測(cè)控系統(tǒng)的研制2.1總體設(shè)計(jì)方案衛(wèi)星用空調(diào)裝置自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)涉及的控制對(duì)象有3個(gè)，即回風(fēng)溫度、回風(fēng)濕度和罩內(nèi)壓力。由于空調(diào)環(huán)境控制參數(shù)精度要求高，且系統(tǒng)運(yùn)行絕對(duì)可靠，所以設(shè)計(jì)著重從高精度和可靠性方面考慮。在工況參數(shù)測(cè)量方面，采用品質(zhì)優(yōu)良、精度高的壓力、壓差變送器和溫度、濕度傳感器，經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換、隔離后，送入數(shù)據(jù)采集儀。數(shù)據(jù)采集儀通過(guò)數(shù)據(jù)總線(xiàn)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在工況調(diào)節(jié)方面。采用單回路閉環(huán)調(diào)節(jié)方式，把傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)引到模糊控制器中[4]，充分發(fā)揮模糊控制魯棒性較好的特點(diǎn)，構(gòu)成模糊－PID自動(dòng)調(diào)節(jié)控制器。圖2監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)流程另外，為了增加系統(tǒng)的可靠性和加快空調(diào)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)入控制范圍的速度，增加了一套人工控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)備控制方面，由于用戶(hù)特殊要求采用繼電器控制。本系統(tǒng)軟件是基于WINDOWS操作平臺(tái)開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)測(cè)控軟件，其功能不僅限于單純的數(shù)據(jù)采集，更增加了管理與數(shù)據(jù)分析等后處理功能；可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集通道參數(shù)設(shè)置、系統(tǒng)管理和試驗(yàn)歷史記錄查詢(xún)、測(cè)試結(jié)果趨勢(shì)曲線(xiàn)分析、打印試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)及曲線(xiàn)等多種工作。測(cè)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)為現(xiàn)場(chǎng)傳感器、變送器和執(zhí)行器、智能數(shù)字指示調(diào)節(jié)儀，計(jì)算機(jī)集中采集、處理。其結(jié)構(gòu)流程圖如圖2所示。2.2受控對(duì)象動(dòng)態(tài)特性分析空調(diào)系統(tǒng)的受控對(duì)象是衛(wèi)星罩，相關(guān)的被調(diào)量是罩內(nèi)的溫度、相對(duì)濕度以及壓力。總的來(lái)說(shuō)，受控對(duì)象有兩個(gè)通道：控制通道和擾動(dòng)通道，也可稱(chēng)為內(nèi)擾通道和外擾通道。當(dāng)溫度作為被調(diào)量時(shí)，受控對(duì)象如圖3，擾動(dòng)通道有兩個(gè)，一是衛(wèi)星罩內(nèi)的熱量輸出N1(S)，主要是空氣處理箱內(nèi)風(fēng)機(jī)的功率轉(zhuǎn)化的熱量、罩內(nèi)和風(fēng)管的漏熱以及衛(wèi)星本身的熱量，其動(dòng)態(tài)特性為W1(S)；二是制冷機(jī)組的冷量輸出N2(S)，其動(dòng)態(tài)特性為W2(S)。受控對(duì)象還有一個(gè)控制通道，就是電加熱器的熱量輸出U(S)，其大小是由控制器根據(jù)被調(diào)量與設(shè)定值之間的偏差按其內(nèi)置算法決定，其動(dòng)態(tài)特性為W0(S)。對(duì)于衛(wèi)星罩內(nèi)溫度被調(diào)量，可以通過(guò)對(duì)U(S)的調(diào)節(jié)，平衡N1(S)、N2(S)，以得到設(shè)定的溫度。容2.3PI俯D版模糊控制器的臥工程自整定奇從上面的系統(tǒng)踏受控對(duì)象分析急可知，本系統(tǒng)頂?shù)目刂茖?duì)象是腳衛(wèi)星罩內(nèi)空氣念的溫度、濕度復(fù)以及壓力，并慣且整個(gè)空氣調(diào)逆節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)辜大慣性、大滯屬后環(huán)節(jié)，存在蜓嚴(yán)重的非線(xiàn)性閥特性，需要建督立起空氣調(diào)節(jié)腦的精確模型，俯這就給肯用猛PI穴D涉控制的空氣環(huán)曾境系統(tǒng)帶來(lái)困男難，使得礙對(duì)選PI蟲(chóng)D躬參數(shù)的整定在還很大程度上依塊賴(lài)于具有豐富恰經(jīng)驗(yàn)的工程技師術(shù)人員，導(dǎo)致衛(wèi)調(diào)試?yán)щy和控休制效果不理想習(xí)。針對(duì)這種情簽況，采用參數(shù)踩自調(diào)昆整都Fuzzy-漁PI戴D除的方法來(lái)彌補(bǔ)薦這種空調(diào)系統(tǒng)鍬沒(méi)有精確模型扮，難以整排定只PI沿D仆參數(shù)的問(wèn)題。行由于使用模糊輔控制黎器潑,棋可以不依賴(lài)于小系統(tǒng)精確的數(shù)驟學(xué)模型，特別真適宜這種復(fù)雜遲系紛統(tǒng)嘆(正或過(guò)患程熄)慧與模糊性對(duì)象娘的采液用研;膜同時(shí)又具有智形能性和自學(xué)習(xí)耗性，將模糊控貝制中的知識(shí)表茂示、模糊規(guī)則荷與合成推理通維過(guò)專(zhuān)家知識(shí)或狡成熟經(jīng)出驗(yàn)部,治不斷學(xué)習(xí)更墾新壯;恥控制系統(tǒng)魯棒擾性強(qiáng)、能夠很英好地克服動(dòng)態(tài)名系統(tǒng)中模型參會(huì)數(shù)變化和非線(xiàn)找性等不確定因傻素。考慮到裝蟻置涉及的實(shí)際叫情況，只針對(duì)芽單回路調(diào)節(jié)系挪統(tǒng)作出討論。覆這里利用數(shù)字接調(diào)節(jié)器固化的朱尋優(yōu)方法食對(duì)重PI朗D白參數(shù)進(jìn)行自尋柜優(yōu)化整定，以塔達(dá)到優(yōu)化目標(biāo)藍(lán)函數(shù)之目的?？?.4編融執(zhí)行器和控制副回路安執(zhí)行器是構(gòu)成母自動(dòng)控制系統(tǒng)稻中不可缺少的功重要部分。它嫁由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和透調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成封。本裝置中罩閥內(nèi)溫度和相對(duì)右濕度控制的執(zhí)梁行器均為三相漿調(diào)功器，三相浪調(diào)功器根逆據(jù)濟(jì)PI窯D枝調(diào)節(jié)器輸出的估控制信號(hào)分別蘇調(diào)節(jié)控制電加結(jié)熱器和電加濕魄器的功率，使哄罩內(nèi)溫度和相滴對(duì)濕度控制在救設(shè)定值。罩內(nèi)悔壓力控制的執(zhí)怠行器為變頻器艘，變頻器根吼據(jù)恒PI匯D翠調(diào)節(jié)器輸出的丟控制信號(hào)調(diào)節(jié)陰風(fēng)機(jī)的頻率。申前面分析中提顏到，在罩內(nèi)環(huán)秀境處描于穩(wěn)定工況情存況時(shí)，所有外譽(yù)部擾動(dòng)輸入都撇可近似認(rèn)為是辨不變的常量，猾且實(shí)際控制中慈外部擾動(dòng)與控搬制通道的作用貓相比確實(shí)比較確小，因而可用透單輸入單輸醫(yī)出玩(SISO均)帖的控制回路來(lái)嘆實(shí)現(xiàn)。相對(duì)濕彩度控制回路由暴濕度傳感器享、針PI挖D跌調(diào)節(jié)器、三相斥調(diào)功器和加濕薯器組成；壓力堡控制系統(tǒng)由壓烈力變送器住、話(huà)PI貌D胃調(diào)節(jié)器、變頻錄器和風(fēng)機(jī)組成肝。捏3敢玩測(cè)控系統(tǒng)的調(diào)沒(méi)試與分析術(shù)在進(jìn)行調(diào)節(jié)器卡調(diào)試之前，先加要寬對(duì)鑄PI秘D米調(diào)節(jié)器初始參滲數(shù)設(shè)置，包括蓮信襲號(hào)看I/心O癥類(lèi)型、響應(yīng)時(shí)鳥(niǎo)間、允許輸入惡的最大值和最輸小值、溫度超淚溫和低溫報(bào)警泰限制以及通訊陜地址等。在以封上參數(shù)設(shè)置完得畢后，要魄對(duì)蛙PI拳D堵調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)詢(xún)行自整定的功煤能調(diào)試，即對(duì)弦控制器自動(dòng)檢遭測(cè)系統(tǒng)的過(guò)程切特性要充分認(rèn)權(quán)識(shí)，并自動(dòng)地心計(jì)算出最刪佳書(shū)PI排D何參數(shù)進(jìn)行調(diào)試吐。宮3.1處偉溫笨度須PI黨D我控制器參數(shù)自哄整定細(xì)設(shè)置溫度蹈2景0嚇℃媽、濕物度垃38梅%類(lèi)的工況，當(dāng)罩土內(nèi)溫濕度接近勇設(shè)定工況時(shí)，殿將濕觸度未PI解D信控制器切換至肢手動(dòng)，保持恒繳定輸出，以免藝對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干迅擾，再啟動(dòng)溫統(tǒng)度眨PI協(xié)D以控制器參數(shù)自祥整定功能，它抗將強(qiáng)制系統(tǒng)產(chǎn)林生擾動(dòng)，在系型統(tǒng)參數(shù)到達(dá)第腹三次波峰時(shí)參壽數(shù)自整定結(jié)束莫并自動(dòng)轉(zhuǎn)入自體控狀態(tài)，系統(tǒng)蓬的慣性越大，螺自整定時(shí)間將傭越長(zhǎng)。整定后龍必須進(jìn)行其它巨工況穩(wěn)定性實(shí)毛驗(yàn)檢驗(yàn)其整定乏效果，卸圖放6愧即復(fù)為秩PI脖D枝參數(shù)自整定后床溫度設(shè)為脅4惱0扒℃道，濕度設(shè)挺為壘3咬8甜％工況時(shí)罩內(nèi)萍溫度隨時(shí)間的辦變化圖。由闊圖并6串可以看出，雖攤?cè)粶匦倍葷酨I豐D筍控制器參數(shù)的間自整定是在溫來(lái)度爺2故0練℃撈的工況溫度時(shí)攻進(jìn)行的，但其孤整定結(jié)果的調(diào)檔節(jié)效果在溫度驗(yàn)為系4血0軍℃躲時(shí)同樣很好，瑞曲線(xiàn)非常平穩(wěn)臨，最大波動(dòng)幅講度不超過(guò)件0.居2芹℃迅。調(diào)圖引6斗立自整定后溫度冰為徐4樓0層℃徐溫度隨時(shí)間變臉化圖浩3.2未砍濕纖度迎PI天D響控制器參數(shù)自袍整定群與溫寺度詳PI盾D親控制器相似，騰可以對(duì)濕醫(yī)度滑PI久D雅控制器進(jìn)行參拘數(shù)自整定試驗(yàn)綢，選取自整定動(dòng)時(shí)的設(shè)定濕度領(lǐng)工況捏為溉38片%嚇，然后對(duì)濕伴度施PI叉D毅控制器參數(shù)自加整定后的控制異效果在不同的掩濕度工況下進(jìn)壺行檢驗(yàn)，可以堂看出在其它工暴況（設(shè)置工況用為孫2問(wèn)0潔％）緊3.3誼留壓束力黑PI余D香控制器參數(shù)自達(dá)整定纖壓鎖力棗PI嚼D尤控制器進(jìn)行參辭數(shù)自整定試驗(yàn)雙，選取自整定翻時(shí)的設(shè)定壓力散工況慶為戶(hù)50P稅a袋，然后在壓力傭?yàn)楹?00P飾a麥時(shí)進(jìn)行調(diào)腹節(jié)趣,率經(jīng)過(guò)參數(shù)自整餓定之后，壓力項(xiàng)曲線(xiàn)非常平穩(wěn)壁，最大波動(dòng)幅槍度炊在團(tuán)7P毛a禾左糟右激,騾能滿(mǎn)足技術(shù)要汽求。4結(jié)論妹從空調(diào)裝置測(cè)菜控系統(tǒng)的溫度塑、濕度以及壓須力調(diào)試分析及量參數(shù)自整定結(jié)燙果看出盟：抵1愛(ài).殃溫度、濕度及皂壓力進(jìn)入工況礎(chǔ)穩(wěn)定時(shí)，在遠(yuǎn)礙低于規(guī)定的范本圍內(nèi)波動(dòng)，設(shè)遼計(jì)的模糊造－湊PI束D冰控制效果良好爆，既解決了車(chē)泄載衛(wèi)星運(yùn)輸過(guò)母程中氣候瞬變喬而造成新風(fēng)進(jìn)支入罩內(nèi)，引起耀空氣擾動(dòng)的問(wèn)馳題，又合理地搭使用了有限的克電量，滿(mǎn)足罩廚內(nèi)空氣環(huán)境控震制的要求，達(dá)佳到了系統(tǒng)最大勿限度地節(jié)能潑。隊(duì)2恩.論衛(wèi)星車(chē)載空調(diào)行裝置系統(tǒng)自動(dòng)鑰化程度高、運(yùn)激行穩(wěn)定、操作音方便、系統(tǒng)工羊況穩(wěn)定時(shí)間短鉤、測(cè)量精度高仙，在多次衛(wèi)星晶發(fā)射過(guò)程中受蠟到使用單位的幅好評(píng)。該項(xiàng)目雨的成功研制為御同類(lèi)產(chǎn)品的設(shè)渴計(jì)以及應(yīng)用提朽供了重要的參粱考價(jià)值。參考文獻(xiàn)賀1隨.深李兆奇堅(jiān)興.號(hào)西昌衛(wèi)星發(fā)射嘴塔空調(diào)凈化設(shè)離計(jì)塑.鎖暖通空達(dá)調(diào)為[J],20啊00,3棗0蔬（溫5屠）裹,56-58漫.已2胖.鄰李兆椅堅(jiān)炒,建萬(wàn)才擊