多模式電源控制方法與流程

本發明屬于電源控制技術領域，具體涉及一種多模式電源控制方法，尤其適用于航天產品地面環境試驗中的電源控制。

背景技術：

航天產品地面環境試驗的目的是要在地面試驗設備中模擬航天產品在空間中所經受的各種環境以及它們的效應來檢驗航天產品能否經受這些環境的考驗而正常工作。航天產品地面環境試驗是航天產品研制過程中的一個重要環節，其中，熱流模擬和溫度控制的準確性對熱試驗結果的可靠性和有效性有重要影響。熱流模擬和溫度控制的形式有多種，其中，恒定熱流模擬和恒定溫度控制在航天產品熱試驗中最為常見，也最為關鍵。恒定熱流模擬是通過程控電源給加熱設備提供恒定電流或電壓，從而獲得恒定熱流。恒定溫度控制通常用于模擬地面環境試驗的邊界條件，通過熱流的調節來控制溫度恒定的邊界，即不斷調控加熱設備輸出功率的大小。因此，在航天產品環境試驗中至少需要兩種電源控制模式來分別模擬試驗中所需的熱流和溫度。但是現有技術中，航天產品的地面環境試驗電源控制模式只能實現單一功能，應用受限。

另外，對于一些對溫度要求更嚴格的航天產品，如空間光學遙感器，地面環境試驗中必須實現精確控溫，常規的閉環控制模式控制精度在±1℃，難以實現±0.1℃的精確控溫，因此，需要控溫精度更高的電源控制模式。

綜上，迫切需求一種具備多控制模式，能夠實現精確控溫的電源控制方法，來滿足航天產品熱試驗的需求。

技術實現要素：

本發明的解決的技術問題是如何提供一種具備多控制模式，能夠實現精確控溫的電源控制方法。

本發明解決上述技術問題采取的技術方案如下。

多模式電源控制方法，步驟如下：

步驟一、將計算機與交換機連接，將加熱設備劃分為與目標設備多個需要加熱的位置一一對應的多個加熱區，每個加熱區與一個或多個程控電源的一端連接，所有程控電源的另一端均與交換機連接，在目標設備每個需要加熱的位置固定一個溫度傳感器，所有溫度傳感器的一端均與溫度采集儀的一端連接，溫度采集儀的另一端與交換機連接；

所述計算機包括控制模塊、顯示模塊和電源數據存儲模塊，溫度采集儀包括溫度數據存儲模塊；

步驟二、在計算機中創建電源配置文件，設定電源配置并保存；

所述電源配置包括電源IP地址、電源對應目標設備加熱位置說明、預設電流/電壓值、電源保護電流/電壓、電源控制模式、目標溫度值、采集的溫度值在溫度數據存儲模塊中的存儲名稱、溫度數據存儲路徑、電源數據存儲路徑和PID控制參數；

所述電源控制模式為電源開環控制模式、電源開關控制模式或者電源PID控制模式；

步驟三、控制模塊讀取電源配置文件，判斷電源配置文件的文件格式是否正確，如果不正確，顯示模塊提示錯誤位置，控制模塊停止工作，進行步驟四，如果正確，控制模塊控制程控電源初始化，進行步驟五；

步驟四、根據提示錯誤位置更改電源配置文件并保存，返回步驟三；

步驟五、控制模塊判斷程控電源的控制模式，如果是電源開環控制模式，執行步驟六，如果是電源開關控制模式，執行步驟七，如果是電源PID控制模式，執行步驟八；

步驟六、電源開環控制模式：

6a、控制模塊將預設電流/電壓值經交換機發送給程控電源；

6b、程控電源按指令工作，并把工作時的輸出電流和輸出電壓經交換機反饋回控制模塊；

6c、控制模塊根據反饋的輸出電流和輸出電壓計算輸出功率和回路阻值，將輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值存儲至電源數據存儲模塊，并控制顯示模塊實時顯示程控電源的輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值；

6d、返回步驟6a，直至電源控制結束；

步驟七、電源開關控制模式：

7a、溫度采集儀采集溫度傳感器的溫度值，并將采集的溫度值存儲至溫度數據存儲模塊；

7b、控制模塊經交換機從溫度數據存儲模塊讀取采集的溫度值，判斷該溫度值是否高于目標溫度值，如果判定結果為是，控制模塊將數值為0的輸入電流/輸入電壓經交換機發送給程控電源，如果判定結果為否，控制模塊將預設電流/電壓值經交換機發送給程控電源；

7c、程控電源按指令工作，并將此時程控電源的輸出電流和輸出電壓經交換機反饋回控制模塊；

7d、控制模塊根據反饋的輸出電流和輸出電壓計算輸出功率和回路阻值，將輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值存儲至電源數據存儲模塊，并控制顯示模塊實時顯示程控電源的輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值；

7e、返回步驟7a，直至電源控制結束；

步驟八、電源開關控制模式：

8a、溫度采集儀采集溫度傳感器的溫度值，并將采集的溫度值存儲至溫度數據存儲模塊；

8b、控制模塊經交換機從溫度數據存儲模塊讀取采集的溫度值，計算采集的溫度值與目標溫度值的差值，根據PID計算公式計算程控電源的輸入電流/輸入電壓，判斷該輸入電流/輸入電壓是否超過保護電流/電壓，如果否，將該輸入電流/輸入電壓經交換機發送給程控電源，如果是，將保護電流/電壓經交換機發送給程控電源；

8c、程控電源按指令工作，并將此時程控電源的輸出電流和輸出電壓經交換機反饋回控制模塊；

8d、控制模塊根據反饋的輸出電流和輸出電壓計算輸出功率和回路阻值，將輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值存儲至電源數據存儲模塊，并控制顯示模塊實時顯示程控電源的輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值；

8e、返回步驟8a，直至電源控制結束。

進一步的，所述計算機為多臺，通過網絡TCPIP協議構成局域網絡，實現局域網內所有計算機都能夠遠程控制多個程控電源工作。

進一步的，所述溫度傳感器為熱電偶類、熱敏電阻類或者鉑電阻類。

進一步的，所述步驟三中，判斷電源配置文件的文件格式是否正確為：判斷字段與字段之間的間隔是否相同及電源IP地址是否唯一，如是則正確，不是則不正確。

進一步的，所述步驟七中，還包括步驟7f，控制模塊計算占空比。

進一步的，所述控制模塊能夠調用電源數據存儲模塊中單個/多個程控電源的歷史數據，控制顯示模塊顯示歷史數據曲線。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明的多模式電源控制方法存在三種控制模式，可以根據使用需求的不同，靈活控制加熱設備的輸出功率，從而獲得需要的熱流或溫度，在航天產品的地面環境試驗中具有廣泛的應用前景。

附圖說明

圖1為本發明的多模式電源控制方法步驟一的設備連接圖；

圖2為本發明的多模式電源控制方法的控制流程圖；

圖中，1、計算機，2、交換機，3、程控電源，4、加熱設備，5、目標設備，6、溫度傳感器，7、溫度采集儀。

具體實施方式

以下結合附圖進一步說明本發明。

如圖1所示，本發明的多模式電源控制方法，步驟如下：

步驟一、如圖1所示，連接設備：將計算機1通過第二類網線與交換機2連接，將加熱設備4劃分為與目標設備5多個需要加熱的位置一一對應的多個加熱區，每個加熱區通過銅線與一個或多個程控電源3的一端連接，所有程控電源3的另一端均通過第二類網線與交換機2連接，在目標設備5每個需要加熱的位置固定一個溫度傳感器6，所有溫度傳感器6的一端均通過溫度傳感器接線與溫度采集儀7的一端連接，溫度采集儀7的另一端通過第二類網線與交換機2連接；

其中，計算機1包括控制模塊、顯示模塊和電源數據存儲模塊；如果存在多臺計算機1，可以利用網絡TCPIP協議，構成局域網絡，實現局域網內所有計算機都可遠程控制多個程控電源3工作。程控電源3可以采用Agilent公司的N5700系列高精度程控直流電源，電流輸出精度可達0.02A。銅線的規格可以為0.35mm²。目標設備5置于加熱設備4內，可以與加熱設備4接觸，即加熱設備4設置在目標設備5的表面，也可以不與加熱設備4接觸，即目標設備5置于加熱設備4形成的空間內。溫度傳感器6的類型沒有限制，可以是熱電偶類、熱敏電阻類或者鉑電阻類。溫度采集儀7包括溫度數據存儲模塊。

步驟二、在計算機1中創建電源配置文件，設定電源配置并保存；

電源配置文件是控制模塊的輸入文件，也是僅有的輸入文件，影響整個控制方法，電源配置文件常采用電源配置表，具體包括電源IP地址、電源對應目標設備5加熱位置說明、預設電流/電壓值、電源保護電流/電壓、電源控制模式、目標溫度值、采集的溫度值在溫度數據存儲模塊中的存儲名稱、溫度數據存儲路徑、電源數據存儲路徑、PID控制參數等；

其中，電源IP地址可根據需要自行設定，但要保證其唯一性，電源保護電流/電壓由電源自身性能決定，預設電流/電壓值是本領域技術人員根據熱平衡公式計算得到，預設電流/電壓值和目標溫度值不超過電源保護電流/電壓，采集的溫度值在溫度數據存儲模塊中的名稱、溫度數據存儲路徑和電源數據存儲路徑根據需要設置，PID控制參數為Kp、Ki、Kd，本領域技術人員能夠通過熟知方式獲得，電源控制模式根據需要選擇。需要說明的是，電源配置按照硬件連接存在對應關系，即電源IP地址確定后，電源對應目標設備5加熱位置說明即為該IP地址的電源對應的目標設備5的加熱位置，預設電流/電壓值即為該IP地址的電源對應的目標設備5的加熱位置的預設電流/電壓值，電源保護電流/電壓即為該IP地址的電源的保護電流，電源控制模式即為該IP地址的電源對應的目標設備5的加熱位置需要的控制模式，目標溫度值即為該IP地址的電源對應的目標設備5的加熱位置的目標溫度值，采集的溫度值在溫度數據存儲模塊中的存儲名稱即溫度采集儀7采集的該IP地址的電源對應的目標設備5的加熱位置處的溫度傳感器6的溫度在溫度數據存儲模塊中的存儲名稱，PID控制參數即為該目標設備5加熱位置的PID控制參數；

步驟三、控制模塊讀取電源配置文件，并判斷電源配置文件的文件格式是否正確，通常是判斷字段與字段之間的間隔是否相同(如是否都是2個空格，如是則正確，不是則不正確，該判斷是為了保證控制模塊完整讀取電源配置文件)及電源IP地址的是否唯一(如唯一則正確，如不唯一，則不正確)，如果不正確，控制模塊控制顯示模塊提示錯誤位置，控制模塊停止工作，進行步驟四，如果正確，控制模塊控制程控電源3初始化，進行步驟五；

步驟四、根據提示錯誤位置更改電源配置文件并保存，返回步驟三；

步驟五、控制模塊判斷程控電源3的控制模式，確定模式0、模式1還是模式2，如果是模式0，執行步驟六，如果是模式1，執行步驟七，如果是模式2，執行步驟八；

步驟六、模式0為電源開環控制模式，電源開環控制即單一電流/電壓控制，不將控制的結果反饋，具體過程是：

6a、控制模塊將預設電流/電壓值經交換機2發送給程控電源3；

6b、程控電源3按指令工作，并把工作時的輸出電流和輸出電壓經交換機2反饋回控制模塊；

6c、控制模塊根據反饋的輸出電流和輸出電壓計算輸出功率和回路阻值，將輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值存儲至電源數據存儲模塊，并控制顯示模塊實時顯示程控電源3的輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值；

6d、返回步驟6a，直至電源控制結束。

步驟七、模式1為電源開關控制模式，電源開關控制模式為閉環控制的一種，閉環控制即將控制的結果反饋回來與設定值比較，并根據它們的比較值調整控制作用。電源開關控制模式是將反饋回來的溫度測量結果與目標溫度值比較，控制電源是否工作，具體控制過程為：

7a、溫度采集儀7采集溫度傳感器6的溫度值，并將采集的溫度值存儲至溫度數據存儲模塊；

7b、控制模塊經交換機2從溫度數據存儲模塊讀取采集的溫度值，判斷該溫度值是否高于目標溫度值，如果判定結果為是，控制模塊將數值為0的輸入電流/輸入電壓經交換機2發送給程控電源3，即程控電源3不工作，如果判定結果為否，控制模塊將預設電流/電壓值經交換機2發送給程控電源3；

7c、程控電源3按指令工作，并將此時程控電源3的輸出電流和輸出電壓經交換機2反饋回控制模塊；

7d、控制模塊根據反饋的輸出電流和輸出電壓計算輸出功率和回路阻值，將輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值存儲至電源數據存儲模塊，并控制顯示模塊實時顯示程控電源3的輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值；

7e、返回步驟7a，直至電源控制結束。

該控制模式中，還可以包括步驟7f，控制模塊計算占空比，即計算指定時間段內電源開啟的時間占整個時間的比值，以百分比表示，所需數據直接從電源數據存儲模塊中讀取。

步驟八、模式2為電源PID控制模式，電源PID控制為閉環控制的一種，是根據反饋回來的溫度測量結果與目標溫度值之間的差值，逐步調整電源輸出電流/電壓，從而達到精確控溫的目的，具體控制過程為：

8a、溫度采集儀7采集溫度傳感器6的溫度值，并將采集的溫度值存儲至溫度數據存儲模塊；

8b、控制模塊經交換機2從溫度數據存儲模塊讀取采集的溫度值，計算采集的溫度值與目標溫度的差值，根據PID計算公式計算程控電源3的輸入電流/輸入電壓，判斷該輸入電流/輸入電壓是否超過保護電流/電壓，如果否，將該輸入電流/輸入電壓經交換機2發送給程控電源3，如果是，將保護電流/電壓經交換機2發送給程控電源3；

8c、程控電源3按指令工作，并將此時程控電源3的輸出電流和輸出電壓經交換機2反饋回控制模塊；

8d、控制模塊根據反饋的輸出電流和輸出電壓計算輸出功率和回路阻值，將輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值存儲至電源數據存儲模塊，并控制顯示模塊實時顯示程控電源3的輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值；

8e、返回步驟8a，直至電源控制結束。

本發明在實際控制過程中，根據具體需要，可以選擇針對目標設備5的一個位置控制，也可以選擇針對目標設備5的多個位置控制。但針對目標設備5的每個位置的控制來講，為其加熱的加熱設備4的加熱區、與加熱設備4的加熱區連接的程控電源3、感應其溫度的溫度傳感器6，以及電源IP地址、預設電流/電壓值、電源保護電流、電源控制模式、目標溫度值、采集的溫度值在溫度數據存儲模塊中的名稱、PID控制參數都是對應的。

本發明在實際控制過程中，顯示模塊顯示的程控電源3的數據，根據實際需要選擇，可以是顯示一個程控電源3的輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值，也可以是顯示多個程控電源3的的輸出電壓、輸出電流、輸出功率和回路阻值。

本發明中，控制模塊能夠控制顯示模塊顯示歷史曲線，歷史曲線顯示是以電源數據存儲模塊為基礎，直接從電源數據存儲模塊中讀取指定時間段內的歷史數據(如采用LabSQL數據庫訪問工具讀取)，并以曲線的形式顯示，直觀地反映單個/多個程控電源3的輸出電壓、輸出電流、輸出功率、回路阻值的變化過程。

本發明中，回路阻值的計算主要是用于與準備階段測量的回路阻值進行比較，方便操作人員判斷加熱回路是否存在短路/斷路現象，準備階段回路阻值的測量和短路/斷路的判斷是本領域技術人員熟知技術。