一种用于红外光窗防霜除冰控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于红外光窗防霜除冰控制装置及控制方法，包括加热装置、温度采集装置和控制电路及控制方法。考虑光窗形状及加热功率参数，本发明专利技术设计一款用于特定红外光窗加热带，该方案采用环形加热带。考虑到机上工作环境(主要是电磁及温度环境)，本发明专利技术选择一款数字式温度传感器，该温度传感器可将温度信号直接转换为串行数字信号送给控制器，测量温度范围为：‑55到+125℃，精度为±0.5℃。控制电路读取光窗温度数据，采用控制策略，触发加热信号对光窗进行除冰。基于对光窗真实环境的分析，本发明专利技术中选择合适的加热控制策略是核心，采用闭环控制策略对光窗温度进行控制，使得光窗工作在合适的温度区间，满足EVS工作要求。

【技术实现步骤摘要】
一种用于红外光窗防霜除冰控制装置及控制方法
本专利技术属于光窗防霜除冰
，涉及一种用于红外光窗防霜除冰控制装置及控制方法。
技术介绍
飞机结冰是飞行实践中广泛存在的一种物理现象，当飞机在低于冰点的结冰气象条件下飞行时，大气中的过冷水滴撞击到飞机表面，结冰现象就很容易在机翼、尾翼、进气道、挡风玻璃及传感器部件表面发生。本专利技术涉及传感器部件，是一种视景增强系统(EVS)，该传感器部件安装在机头部位，用于提供机头前方外景的红外图像，提供给屏显计算机。该传感器部件光窗结冰将直接影响飞行员在低能见度及夜间视距。因此，该传感器光窗防霜结冰控制尤为重要。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种用于红外光窗防霜除冰控制装置及控制方法。技术方案一种用于红外光窗防霜除冰控制装置，其特征在于：包括加热单元、温度传感器和控制单元；所述加热单元布设于光窗四周成环形，温度采集的温度传感器置于在光窗表面，加热单元通过控制单元的加热控制信号接口连接加热电源；所述控制单元根据温度信号，触发加热信号，使得加热单元工作；所述加热控制信号接口为一个光MOS管和连接在输出端的固态继电器；当需要加热时，光MOS管的输出端的控制信号TTL为5V时，固态继电器动作，将加热电源接通加热单元，否则TTL为低于5V或悬空时，不能将加热电源接通加热单元。所述加热单元采用加热电阻丝，加热电阻丝两面设有导热耐热材料，胶粘于光窗四周成环形。一种利用权利要求1或2所述用于红外光窗防霜除冰控制装置控制红外光窗防霜除冰的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：设定红外光窗的温度区间为：[Ta，Tb]；步骤2：若采集到温度为T0，将温度按照[Ta，Tb]区间进行归一化标定，λ范围归一化为：0～1；步骤3：设置加热控制信号占空比初值为50％；步骤4：PID控制器中的比例系数Kp按照步骤2中的λ进行映射，经过离散化计算处理，PID控制器计算表达式：其中：e(k)为采集温度与设定温度偏差，T为采样周期，Ti为积分时间常数，ui(k-1)为第k-1时刻积分项计算结果，Td为微分时间常数，ud(k-1)为第k-1时刻微分项计算结果，u(k)是各项计算之和；步骤5：加热控制信号占空比:Duty＝TCMPR/Tperiod。Tperiod决定控制信号频率，其中第K时刻TCMPR(k)＝TCMPR(k-1)+u(k)，u(k)为步骤4计算的结果，控制信号为PWM脉冲调制信号，占空比自适应调整；步骤6：对控制信号进行限幅控制，将TCMPR(k)限制在：0.1*Tperiod≤TCMPR(k)≤0.9*Tperiod区间内，即控制信号占空比范围为：10％～90％，加热信号为周期性信号，占空比实时调整；控制信号按照步骤6实时计算的占空比对加热电源进行控制，达到对加热带加热控制目的。有益效果本专利技术提出的一种用于红外光窗防霜除冰控制装置及控制方法，包括加热装置、温度采集装置和控制电路及控制方法。考虑光窗形状及加热功率参数，本专利技术设计一款用于特定红外光窗加热带，该方案采用环形加热带。考虑到机上工作环境(主要是电磁及温度环境)，本专利技术选择一款数字式温度传感器，该温度传感器可将温度信号直接转换为串行数字信号送给控制器，测量温度范围为：-55到+125℃，精度为±0.5℃。控制电路读取光窗温度数据，采用控制策略，触发加热信号对光窗进行除冰。基于对光窗真实环境的分析，本专利技术中选择合适的加热控制策略是核心，采用闭环控制策略对光窗温度进行控制，使得光窗工作在合适的温度区间，满足EVS工作要求。本专利技术的优点是：该电路为闭环控制，使得该控制系统得到最优的稳定性，并在保证稳定性的同时使系统在最快的时间内达到要求。附图说明图1：控制原理框图图2：控制器单元原理框图图3：加热带示意图图4：加热控制信号接口图具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：一种用于红外光窗防霜除冰控制方法，控制某型EVS光窗表面温度，该光窗玻璃玻璃材料为蓝宝石，工作波段为1.3μm到4.8μm，为红外线短波和中波工作波段，可改善因不良气象条件对EVS输出红外图像的不利影响。包括加热单元、温度采集单元、控制器单元，控制器单元是核心，该单元包含加热控制策略。设计中通过对光窗表面温度进行采集，控制单元根据控制策略触发加热信号对光窗进行加热控制，达到对光窗温度进行闭环控制。加热带根据光窗形状设计成环形，该形状不影响红外光学入瞳口径，环形加热带上下表面为导热耐热材料，环形内均匀排布加热电阻丝，根据功率及供电要求，计算电阻值，该加热带背面涂耐热胶粘接到光窗表面；温度采集单元采用DS18B20一线制数字温度传感器，布置在光窗表面，温度传感器将温度信号转换为数字信号，送给控制器单元；控制器单元根据温度信号，触发加热信号，使得加热带工作。具体实施例：1、工作过程设计本专利技术采用加热带为电阻丝型，其对外接口为电源+、电源-，按照额定工作电压要求，提供加热电源，加热带即可对目标进行加热。根据EVS工作要求，当温度低于光窗表面温度低于+4℃(±2℃)时，应启动加热，当光窗表面温度高于+35℃(±2℃)时，停止加热。2、加热控制方法装置设计1)加热单元尺寸图见图3，图3中走线为电阻丝走线示意，设计要求如下：1环形区域内排布加热电阻丝，总电阻要求为40±0.5Ω，28V供电，额定功率小于20W；2出现位置两根线分别是加热丝的+、-极；3引线尺寸为Φ0.2mm,颜色要有鲜明的区别,长度分别为400mm；4加热电阻丝沿环形区域均匀布置，密封在环形区域内，环形区域为导热材料；5导热材料背面涂耐热胶，该环形电阻丝装置整体粘接到光窗表面。2)加热控制信号接口加热控制信号接口图见图4，具体实现如下：光窗温度控制，由电源模块提供28V作为加热带电源，接口与控制模块提供TTL控制信号，控制加热带电源是否提供给加热带。当TTL为5V时，电源模块输出28V，当TTL悬空或低电平时，电源模块不输出28V。电源模块反馈加热带加热状态(正常，故障)，当接口与控制模块控制其给光窗加热时，若电源模块28V加热带电源输出，则上报正常，否则上报故障；当接口与控制模块控制其停止给光窗加热时，若电源模块28V加热带电源不输出，则上报正常，否则上报故障。3)控制策略设计该部分是本专利技术的关键部分。根据采集温度与设定温度偏差值，采用PID(比例-积分-微分)控制器解算出PWM控制信号，该控制信号直接控制加热电源，形成闭环控制。采用连续性和周期性相结合的加热策略。当实际温度距离设定温度阈值下限较大时，首先启动周期性预热，防止光窗因温度冲击引起损伤，当预热时间完成后，启动连续加热，快速除冰，当逼近设定温度阈值上限时，启动周期性加热策略。周期性加热采用自适应PID控制策略，该策略根据采集温度与设定温度差值动态调整参数，最终调整加热信号的占空比，本专利技术中具体过程如下：1本专利技术中设定光窗温度区间为：[Ta，Tb](正常飞行时)；2若采集到温度为T0，将温度按照[Ta，Tb]区间进行归一化标定，λ范围归一化为：0～1；3设置加热控制信号占空比初值为50％；4PID控制器中的比例系数Kp按照第2步中λ进行映射，本文采用数字PID控制器，经过离散化计算处理，PID控制器计算表达式:其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于红外光窗防霜除冰控制装置，其特征在于：包括加热单元、温度传感器和控制单元；所述加热单元布设于光窗四周成环形，温度采集的温度传感器置于在光窗表面，加热单元通过控制单元的加热控制信号接口连接加热电源；所述控制单元根据温度信号，触发加热信号，使得加热单元工作；所述加热控制信号接口为一个光MOS管和连接在输出端的固态继电器；当需要加热时，光MOS管的输出端的控制信号TTL为5V时，固态继电器动作，将加热电源接通加热单元，否则TTL为低于5V或悬空时，不能将加热电源接通加热单元。

【技术特征摘要】
1.一种用于红外光窗防霜除冰控制装置，其特征在于：包括加热单元、温度传感器和控制单元；所述加热单元布设于光窗四周成环形，温度采集的温度传感器置于在光窗表面，加热单元通过控制单元的加热控制信号接口连接加热电源；所述控制单元根据温度信号，触发加热信号，使得加热单元工作；所述加热控制信号接口为一个光MOS管和连接在输出端的固态继电器；当需要加热时，光MOS管的输出端的控制信号TTL为5V时，固态继电器动作，将加热电源接通加热单元，否则TTL为低于5V或悬空时，不能将加热电源接通加热单元。2.根据权利要求1所述用于红外光窗防霜除冰控制装置，其特征在于：所述加热单元采用加热电阻丝，加热电阻丝两面设有导热耐热材料，胶粘于光窗四周成环形。3.一种利用权利要求1或2所述用于红外光窗防霜除冰控制装置控制红外光窗防霜除冰的方法，其特征在于步骤如下：步骤1：设定红外光窗的温度区间为：[Ta，Tb]；步骤2：若采集到温度为T0，将温度按照[Ta，Tb]区间进行归一化标定，λ范围归一化为：0～1；步骤3：设置加热控制信号占空比初值为50％；步骤4：PID控制器中的比例系数Kp按照步骤2中的λ进行映射，经...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海舰，潘晓东，崔岩，赵佳佳，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：河南,41