一种可编程可受控的温控电路、方法和介质技术

一种可编程可受控的温控电路、方法和介质，电路包括铂电阻、信号调理电路、A/D转换电路、FPGA、功率驱动电路、两种加热片和串口收发电路。两种铂电阻分别用于测量惯性传感器和固定惯性传感器的支架的温度，测得温度经信号调理电路和A/D转化数字温度信号输入FPGA，将数字温度信号一方面经串口收发电路发送到外部用于温度监测；另一方面将数字温度信号与目标温度做差后，通过分段PID控制，经功率驱动电路，调节两种加热片的加热功率。两种加热片分别用于控制温度。外部可通过串口收发电路向FPGA内注入控制参数或直接切断温度控制。本发明专利技术采用了二次温控，分别控制惯性传感器与支架温度，以降低热容的影响，具有安全性高、控制精度高和升温速度快的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种可编程可受控的温控电路、方法和介质
本专利技术涉及一种可编程可受控的温控电路、方法和介质，属于温控电路

技术介绍
考虑到导航的准确性和安全性问题，飞行器所使用的惯性测量组合要求具备较高的精度，而飞行器在高空中工作环境较为恶劣，温度变化剧烈。为了保证惯组导航精度，降低外界温度环境对惯组的影响，必须相应地在惯性测量组合中采用温度控制电路。目前常用的温度控制电路利用温度传感器采集惯组内部温度，控制模块检测内部温度与目标温度差，在此基础上通过PID控制，调节惯组内部加热片输出功率，从而实现恒温控制。对于飞行器而言，这种温度控制电路存在如下三个缺点：(1)安全性不足。温度控制电路因为设计失误或部件老化等问题，有可能会导致惯组内部温度失控，极大地降低导航精度，给整个导航系统带来安全隐患。(2)精度不足。因为惯组内部热容问题，实际上将惯组内部的惯性传感器件精确控制在某个目标温度上难度较大，恒温的精度较差，影响控制精度。(3)速度不足。利用温度差进行PID控制，前期输出功率大，控制速度较快，但随着温度差异逐渐变小，控制越来越慢，这样惯组从启动到达到目标温度范围要讲过较长的时间，难以满足飞行器的快速起飞的要求。综上，目前常用温度控制电路存在安全性、精度和速度等问题，难以满足飞行器惯性测量组合的温度控制要求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种可编程可受控的温控电路、方法和介质，能够编程受控、控制精度高、控制速度快的适用于飞行器惯性测量组合的温度控制，以提高安全性、精度和速度，满足飞行器的快速起飞要求。本专利技术解决的技术方案为：一种可编程可受控的温控电路，包括：铂电阻(101)、铂电阻(102)、信号调理电路(200)、A/D转换电路(300)、FPGA(400)、功率驱动电路(500)、加热片(601)、加热片(602)和串口收发电路(700)；铂电阻(102)贴在惯组内部的惯性传感器表面，用于采集惯组内部惯性传感器的温度，铂电阻(101)采集惯组内部用于固定惯性传感器的支架的温度，并将铂电阻(101)和铂电阻(102)采集到的温度数据送至信号调理电路(200)；信号调理电路(200)，将铂电阻(101)和铂电阻(102)采集到的温度数据转化为电压量送至A/D转换电路(300)；A/D转换电路(300)将调理电路(200)输出的电压量进行模数转换，转为数字温度信号，即惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号，送至FPGA(400)。FPGA(400)接收A/D转换电路(300)输出的惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号，FPGA(400)将惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号通过串口收发电路(700)输出至外部，用于惯组温度监测；同时，FPGA(400)将惯性传感器温度数字信号表示的温度与设定的惯性传感器目标温度(401)做差，得到惯性传感器温差，将支架温度数字信号表示的温度与设定的支架目标温度(402)做差，得到支架温差，在FPGA(400)内根据惯性传感器温差和支架温差分别进行PID控制运算，得到使传感器温差和支架温差分别为零的两路数字信号，根据这两路数字信号生成相应的两路PWM控制信号。两路PWM控制信号由FPGA(400)送至功率驱动电路(500)；功率驱动电路(500)，由FPGA(400)输出的两种PWM信号控制，产生脉宽可调的电流分别施加在加热片(601)和加热片(602)上；加热片(601)和加热片(602)分别贴合在惯性传感器和支架上，用于控制其温度；串口收发电路(700)能够将FPGA(400)的数字温度信号，即惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号输出，用于外部温度监测；同时，外部也能够通过串口收发电路(700)将控制命令发给FPGA(400)，对FPGA(400)进行控制参数修改和关闭温度控制功能。所述的FPGA(400)：包含参数注入模块(404)和功能关闭模块(405)、温度比较模块；温度比较模块内存储有传感器目标温度(401)、支架目标温度(402)；参数注入模块(404)和功能关闭模块(405)由外部经串口收发电路(700)送来的控制命令进行控制，参数注入模块(404)能够修改温度比较模块内存储的关键参数，包括：传感器目标温度(401)、支架目标温度(402)、和PID控制模块403内的控制参数等。功能关闭模块405用于停止输出PWM控制信号，关闭温度控制功能。采用二次温控方案，即首先控制支架温度，在其基础上对惯性传感器进行二次温控。支架目标温度402要设置为稍低于传感器目标温度401，这样可降低热容影响，提高惯性传感器的温控精度。所述的FPGA400内采用分段PID算法，即开始阶段FPGA将PWM波的高电平脉宽调到最高，直接使加热片601和加热片602以最大功率运行，快速升温。直到传感器温度和支架温度分别与其目标温度缩小到很小的范围内时，再切换到PID算法，进行末段精确控制。一种可编程可受控的温控方法，步骤如下：(1)将铂电阻(102)贴在惯组内部的惯性传感器表面，用于采集惯组内部惯性传感器的温度，铂电阻(101)采集惯组内部用于固定惯性传感器的支架的温度，并将铂电阻(101)和铂电阻(102)采集到的温度数据送至信号调理电路(200)；(2)信号调理电路(200)，将铂电阻(101)和铂电阻(102)采集到的温度数据转化为电压量送至A/D转换电路(300)；(3)A/D转换电路(300)将调理电路(200)输出的电压量进行模数转换，转为数字温度信号，即惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号，送至FPGA(400)。(4)FPGA(400)接收A/D转换电路(300)输出的惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号，FPGA(400)将惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号通过串口收发电路(700)输出至外部，用于惯组温度监测；同时，FPGA(400)将惯性传感器温度数字信号表示的温度与设定的惯性传感器目标温度(401)做差，得到惯性传感器温差，将支架温度数字信号表示的温度与设定的支架目标温度(402)做差，得到支架温差，在FPGA(400)内根据惯性传感器温差和支架温差分别进行PID控制运算，得到使传感器温差和支架温差分别为零的两路数字信号，根据这两路数字信号生成相应的两路PWM控制信号。两路PWM控制信号由FPGA(400)送至功率驱动电路(500)；(5)功率驱动电路(500)，由FPGA(400)输出的两种PWM信号控制，产生脉宽可调的电流分别施加在加热片(601)和加热片(602)上；(6)加热片(601)和加热片(602)分别贴合在惯性传感器和支架上，用于控制其温度；(7)串口收发电路(700)能够将FPGA(400)的数字温度信号，即惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号输出，用于外部温度监测；同时，外部也能够通过串口收发电路(700)将控制命令发给FPGA(400)，对FPGA(400)进行控制参数修改和关闭温度控制功能。所述步骤(4)的FPGA(400)包含参数注入模块(404)和功能关闭模块(405)、温度比较模块；温度比较模块内存储有传感器目标温度(401)、支架目标温度(402)；参数注入模块(404本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可编程可受控的温控电路，其特征在于包括：铂电阻(101)、铂电阻(102)、信号调理电路(200)、A/D转换电路(300)、FPGA(400)、功率驱动电路(500)、加热片(601)、加热片(602)和串口收发电路(700)；铂电阻(102)贴在惯组内部的惯性传感器表面，用于采集惯组内部惯性传感器的温度，铂电阻(101)采集惯组内部用于固定惯性传感器的支架的温度，并将铂电阻(101)和铂电阻(102)采集到的温度数据送至信号调理电路(200)；信号调理电路(200)，将铂电阻(101)和铂电阻(102)采集到的温度数据转化为电压量送至A/D转换电路(300)；A/D转换电路(300)将调理电路(200)输出的电压量进行模数转换，转为数字温度信号，即惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号，送至FPGA(400)。FPGA(400)接收A/D转换电路(300)输出的惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号，FPGA(400)将惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号通过串口收发电路(700)输出至外部，用于惯组温度监测；同时，FPGA(400)将惯性传感器温度数字信号表示的温度与设定的惯性传感器目标温度(401)做差，得到惯性传感器温差，将支架温度数字信号表示的温度与设定的支架目标温度(402)做差，得到支架温差，在FPGA(400)内根据惯性传感器温差和支架温差分别进行PID控制运算，得到使传感器温差和支架温差分别为零的两路数字信号，根据这两路数字信号生成相应的两路PWM控制信号。两路PWM控制信号由FPGA(400)送至功率驱动电路(500)；功率驱动电路(500)，由FPGA(400)输出的两种PWM信号控制，产生脉宽可调的电流分别施加在加热片(601)和加热片(602)上；加热片(601)和加热片(602)分别贴合在惯性传感器和支架上，用于控制其温度；串口收发电路(700)能够将FPGA(400)的数字温度信号，即惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号输出，用于外部温度监测；同时，外部也能够通过串口收发电路(700)将控制命令发给FPGA(400)，对FPGA(400)进行控制参数修改和关闭温度控制功能。...

【技术特征摘要】
1.一种可编程可受控的温控电路，其特征在于包括：铂电阻(101)、铂电阻(102)、信号调理电路(200)、A/D转换电路(300)、FPGA(400)、功率驱动电路(500)、加热片(601)、加热片(602)和串口收发电路(700)；铂电阻(102)贴在惯组内部的惯性传感器表面，用于采集惯组内部惯性传感器的温度，铂电阻(101)采集惯组内部用于固定惯性传感器的支架的温度，并将铂电阻(101)和铂电阻(102)采集到的温度数据送至信号调理电路(200)；信号调理电路(200)，将铂电阻(101)和铂电阻(102)采集到的温度数据转化为电压量送至A/D转换电路(300)；A/D转换电路(300)将调理电路(200)输出的电压量进行模数转换，转为数字温度信号，即惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号，送至FPGA(400)。FPGA(400)接收A/D转换电路(300)输出的惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号，FPGA(400)将惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号通过串口收发电路(700)输出至外部，用于惯组温度监测；同时，FPGA(400)将惯性传感器温度数字信号表示的温度与设定的惯性传感器目标温度(401)做差，得到惯性传感器温差，将支架温度数字信号表示的温度与设定的支架目标温度(402)做差，得到支架温差，在FPGA(400)内根据惯性传感器温差和支架温差分别进行PID控制运算，得到使传感器温差和支架温差分别为零的两路数字信号，根据这两路数字信号生成相应的两路PWM控制信号。两路PWM控制信号由FPGA(400)送至功率驱动电路(500)；功率驱动电路(500)，由FPGA(400)输出的两种PWM信号控制，产生脉宽可调的电流分别施加在加热片(601)和加热片(602)上；加热片(601)和加热片(602)分别贴合在惯性传感器和支架上，用于控制其温度；串口收发电路(700)能够将FPGA(400)的数字温度信号，即惯性传感器温度数字信号与支架温度数字信号输出，用于外部温度监测；同时，外部也能够通过串口收发电路(700)将控制命令发给FPGA(400)，对FPGA(400)进行控制参数修改和关闭温度控制功能。2.根据权利要求1所述的一种可编程可受控的温控电路，其特征在于：所述的FPGA(400)：包含参数注入模块(404)和功能关闭模块(405)、温度比较模块；温度比较模块内存储有传感器目标温度(401)、支架目标温度(402)；参数注入模块(404)和功能关闭模块(405)由外部经串口收发电路(700)送来的控制命令进行控制，参数注入模块(404)能够修改温度比较模块内存储的关键参数，包括：传感器目标温度(401)、支架目标温度(402)、和PID控制模块403内的控制参数等。功能关闭模块405用于停止输出PWM控制信号，关闭温度控制功能。3.根据权利要求1所述的一种可编程可受控的温控电路，其特征在于：所述温控电路采用二次温控方案，即首先控制支架温度，在其基础上对惯性传感器进行二次温控。支架目标温度402要设置为稍低于传感器目标温度401，这样可降低热容影响，提高惯性传感器的温控精度。4.根据权利要求1所述的一种可编程可受控的温控电路，其特征在于：所述的FPGA400内采用分段PID算法，即开始阶段FPGA将PWM波的高电平脉宽调到最高，直接使加热片601和加热片602以最大功率运行，快速升温。直到传感器温度和支架温度分别与其目标温度缩小到很小的范围内时，再切换到PID算法，进行末段精确控制。5.一种可编程可受控的温控方法，其特征在于步骤如下：(1)将铂电...

【专利技术属性】
技术研发人员：石然，周广平，谷丛，吴枫，邵添羿，
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