一种星敏感器精密温度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星敏感器精密温度控制装置及控制方法，包含：S1、指令模块对指令信号解析后输出，温度采集模块实时采集星敏感器探测器的工作温度；S2、PID控制模块接收工作温度和解析后的指令信号，通过反熔丝FPGA进行PID运算并输出PID控制量；S3、电流采集模块实时采集致冷器的工作电流，并输出电流异常信号；S4、PWM模块接收PID控制量，通过反熔丝FPGA进行PWM运算并输出脉冲调制信号控制致冷器制冷，或根据电流异常信号关闭致冷器，或根据解析后的指令信号控制致冷器开关。本发明专利技术采用反熔丝FPGA实现对于星敏感器的工作温度的精确控制，为星敏感器精度提供温度保证，满足低功耗和高致冷效率的要求，提高星敏感器的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于星敏感器的精密温度控制装置及控制方法，具体是指一种采用反熔丝FPGA实现全部功能的星敏感器精密温度控制装置及控制方法，用以实现对星敏感器探测器的精密温度控制，属于星敏感器精密温度控制

技术介绍
星敏感器是一种高精度的航天器姿态测量仪器，主要用于空间飞行器三轴姿态测量和空间飞行器导航，其精度和工作寿命对航天器的姿态测量、控制和可靠性起着重要作用。空间环境温度对星敏感器的光学系统成像质量有很大影响。随着星敏感器探测器工作温度的升高，其暗电流噪声水平上升很快，如果星敏感器探测器长期工作在一个较高的温度下，对星敏感器的测量精度和使用寿命都有不利影响。如果单纯依靠整星热控对星敏感器控温，代价较大，对整星布局也带来一定难度，且较难达到控温精度的要求。因此，高精度、长寿命的星敏感器均配备致冷器，使星敏感器探测器工作在一个较低的温度，从而提高其光电探测系统的信噪比，以消除暗电流带来的星点质心定位误差，并延缓寿命末期星敏感器探测器性能的衰减。半导体致冷具有致冷速度快、温差范围大、体积小、可靠性高等优点。半导体致冷无需任何致冷剂，可连续工作。通过输入电流的控制，可实现高精度的闭环温度控制。半导体致冷是目前最适合星敏感器使用的主动致冷技术。采用半导体致冷对星敏感器探测器进行主动温度控制，就是将星敏感器探测器工作温度以一定的精度稳定在一个较低的温度上。而采用单一的恒压源或恒流源的控制方式，通过控制电源的通断时间来实现对星敏感器探测器的致冷效果，不能实现精确控温，不仅有额外的功率损耗，也不利于设置半导体致冷器的最佳工作点。基于上述，目前亟需提出一种星敏感器的精密温度控制装置及控制方法，用于对星敏感器探测器进行工作温度的精确控制，为星敏感器精度提供温度保证，满足低功耗和高致冷效率的要求，提高星敏感器的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种星敏感器精密温度控制装置及控制方法，采用反熔丝FPGA实现对于星敏感器的工作温度的精确控制，为星敏感器精度提供温度保证，满足低功耗和高致冷效率的要求，提高星敏感器的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术提供一种星敏感器精密温度控制装置，包含：温度采集模块，实时采集并输出星敏感器探测器的实际工作温度；电流采集模块，实时采集并输出致冷器的实际工作电流，监测工作电流是否异常，并输出电流异常信号；指令模块，对接收到的指令信号进行解析后输出；PID控制模块，分别与温度采集模块以及指令模块连接，接收星敏感器探测器的实际工作温度和解析后的指令信号，通过反熔丝FPGA进行PID运算并输出PID控制量；PWM模块，分别与电流采集模块、PID控制模块以及指令模块连接，接收星敏感器探测器的PID控制量，通过反熔丝FPGA进行PWM运算并输出相应的脉冲调制信号以控制致冷器制冷，或者根据接收到的电流异常信号关闭致冷器，或者根据接收到的解析后的指令信号控制致冷器的开关。所述的指令模块接收由地面控制中心发送的指令信号，其解析后得到的指令信号包含：修改星敏感器探测器的理想目标温度的指令信号，传输至PID控制模块；修改PID控制模块的比例参数、积分参数和微分参数的指令信号，传输至PID控制模块；以及打开/关闭致冷器的指令，传输至PWM模块。所述的PID控制模块进行的PID运算，具体为：u(k)＝u(k-1)+K0e(k)+K1e(k-1)+K2e(k-2)；K0＝Kp+Ki+Kd；K1＝-Kp-2Kd；K2＝Kd；Ki＝KpT/Ti；Kd＝KpTd/T；其中，k为采样序号，T为采样周期，Kp为比例增益，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，且u(k-1)表示前一次PID控制模块输出的PID控制量，u(k)表示此次PID控制模块输出的PID控制量，e(k)表示星敏感器探测器的实际工作温度与理想目标温度之间的偏差值。所述的电流采集模块包含：电流采集单元，实时采集致冷器的实际工作电流；第一比较器，与电流采集单元连接，接收采集到的实际工作电流并与电流门限值进行比较，当采集到的实际工作电流高于电流门限值时，将电流异常标志置位后作为电流异常信号传输至PWM模块；否则不对电流异常标志置位。所述的PWM模块包含：计数器，在时钟信号CLK的控制下循环输出递增或递减的波形数据；调制信号寄存器，与PID控制模块连接，对接收到的PID控制量缓存一个时钟周期后作为调制信号数据输出；第二比较器，分别与计数器以及调制信号寄存器连接，将计数器输出的波形数据与调制信号寄存器输出的调制信号数据进行比较；当调制信号数据大于波形数据时，第二比较器输出高电平，否则输出低电平，形成脉冲调制信号；当电流异常标志未置位时，第二比较器输出脉冲调制信号以控制致冷器制冷；当电流异常标志置位时，第二比较器输出为0，控制致冷器关闭；此时需要先发送关闭致冷器指令，才会响应打开致冷器指令，否则不响应。本专利技术还提供一种星敏感器精密温度控制方法，采用上述的控制装置实现，包含以下步骤：S1、指令模块对接收到的指令信号进行解析后输出至PID控制模块或PWM模块，温度采集模块实时采集星敏感器探测器的实际工作温度并输出至PID控制模块；S2、PID控制模块接收星敏感器探测器的实际工作温度和解析后的指令信号，通过反熔丝FPGA进行PID运算并输出PID控制量至PWM模块；S3、电流采集模块实时采集并输出致冷器的实际工作电流，监测工作电流是否异常，并输出电流异常信号至PWM模块；S4、PWM模块接收PID控制量，通过反熔丝FPGA进行PWM运算并输出相应的脉冲调制信号以控制致冷器制冷，或者根据接收到的电流异常信号关闭致冷器，或者根据接收到的解析后的指令信号控制致冷器的开关。所述的指令模块接收由地面控制中心发送的指令信号，其解析后得到的指令信号包含：修改星敏感器探测器的理想目标温度的指令信号，传输至PID控制模块；修改PID控制模块的比例参数、积分参数和微分参数的指令信号，传输至PID控制模块；以及打开/关闭致冷器的指令，传输至PWM模块。所述的S2中，PID控制模块进行的PID运算，具体为：u(k)＝u(k-1)+K0e(k)+K1e(k-1)+K2e(k-2)；K0＝Kp+Ki+Kd；K1＝-Kp-2Kd；K2＝Kd；Ki＝KpT/Ti；Kd＝KpTd/T；其中，k为采样序号，T为采样周期，Kp为比例增益，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，且u(k-1)表示前一次PID控制模块输出的PID控制量，u(k)表示此次PID控制模块输出的PID控制量，e(k)表示星敏感器探测器的实际工作温度与理想目标温度之间的偏差值。所述的S3中，具体包含以下步骤：S31、电流采集单元实时采集致冷器的实际工作电流；S32、第一比较器接收采集到的实际工作电流并与电流门限值进行比较；当采集到的实际工作电流高于电流门限值时，判断电流异常，并将电流异常标志置位后作为电流异常信号传输至PWM模块；否则，判断电流正常，并不对电流异常标志置位。所述的S4中，具体包含以下步骤：S41、计数器在时钟信号的控制下循环输出递增或递减的波形数据；S42、调制信号寄存器对接收到的PID控制量缓存一个时钟周期后作为调制信号数据输出；S43、第二比较器将计数器输出的波形数据与调制信号寄存器输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星敏感器精密温度控制装置，其特征在于，包含：温度采集模块，实时采集并输出星敏感器探测器的实际工作温度；电流采集模块，实时采集并输出致冷器的实际工作电流，监测工作电流是否异常，并输出电流异常信号；指令模块，对接收到的指令信号进行解析后输出；PID控制模块，分别与温度采集模块以及指令模块连接，接收星敏感器探测器的实际工作温度和解析后的指令信号，通过反熔丝FPGA进行PID运算并输出PID控制量；PWM模块，分别与电流采集模块、PID控制模块以及指令模块连接，接收星敏感器探测器的PID控制量，通过反熔丝FPGA进行PWM运算并输出相应的脉冲调制信号以控制致冷器制冷，或根据接收到的电流异常信号关闭致冷器，或根据接收到的解析后的指令信号控制致冷器的开关。

【技术特征摘要】
1.一种星敏感器精密温度控制装置，其特征在于，包含：温度采集模块，实时采集并输出星敏感器探测器的实际工作温度；电流采集模块，实时采集并输出致冷器的实际工作电流，监测工作电流是否异常，并输出电流异常信号；指令模块，对接收到的指令信号进行解析后输出；PID控制模块，分别与温度采集模块以及指令模块连接，接收星敏感器探测器的实际工作温度和解析后的指令信号，通过反熔丝FPGA进行PID运算并输出PID控制量；PWM模块，分别与电流采集模块、PID控制模块以及指令模块连接，接收星敏感器探测器的PID控制量，通过反熔丝FPGA进行PWM运算并输出相应的脉冲调制信号以控制致冷器制冷，或根据接收到的电流异常信号关闭致冷器，或根据接收到的解析后的指令信号控制致冷器的开关。2.如权利要求1所述的星敏感器精密温度控制装置，其特征在于，所述的指令模块接收由地面控制中心发送的指令信号，其解析后得到的指令信号包含：修改星敏感器探测器的理想目标温度的指令信号，传输至PID控制模块；修改PID控制模块的比例参数、积分参数和微分参数的指令信号，传输至PID控制模块；打开/关闭致冷器的指令，传输至PWM模块。3.如权利要求2所述的星敏感器精密温度控制装置，其特征在于，所述的PID控制模块进行的PID运算，具体为：u(k)＝u(k-1)+K0e(k)+K1e(k-1)+K2e(k-2)；K0＝Kp+Ki+Kd；K1＝-Kp-2Kd；K2＝Kd；Ki＝KpT/Ti；Kd＝KpTd/T；其中，k为采样序号，T为采样周期，Kp为比例增益，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，且u(k-1)表示前一次PID控制模块输出的PID控制量，u(k)表示此次PID控制模块输出的PID控制量，e(k)表示星敏感器探测器的实际工作温度与理想目标温度之间的偏差值。4.如权利要求3所述的星敏感器精密温度控制装置，其特征在于，所述的电流采集模块包含：电流采集单元，实时采集致冷器的实际工作电流；第一比较器，与电流采集单元连接，接收采集到的实际工作电流并与电流门限值进行比较；当采集到的实际工作电流高于电流门限值时，将电流异常标志置位后作为电流异常信号传输至PWM模块；否则不对电流异常标志置位。5.如权利要求4所述的星敏感器精密温度控制装置，其特征在于，所述的PWM模块包含：计数器，在时钟信号CLK的控制下循环输出递增或递减的波形数据；调制信号寄存器，与PID控制模块连接，对接收到的PID控制量缓存一个时钟周期后作为调制信号数据输出；第二比较器，分别与计数器以及调制信号寄存器连接，将计数器输出的波形数据与调制信号寄存器输出的调制信号数据进行比较；当调制信号数据大于波形数据时，第二比较器输出高电平，否则输出低电平，形成脉冲调制信号；当电流异常标志未置位时，第二比较器输出脉冲调制信号以控制致冷器制冷；当电流异常标志置位时，第二比较器输出为0，控制致冷器关闭；此时需要先发送关闭致冷器指令，才会响应打开致冷器指令，否则不响应。6.一种星敏感器精密温度控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：周琦，马英超，毛晓楠，胡雄超，刘轩，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31