基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统技术方案

本发明专利技术属于计算机软件技术领域，公开了一种基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统包括：形状记忆合金丝模块、电源模块、多通道数据采集模块、温度传感模块、Labview控制模块。形状记忆拉索的力驱动本质是形状记忆合金的力驱动控制，形状记忆合金的力驱动又通过温度来控制，本发明专利技术采用传统的通电加热驱动方式，对记忆合金丝进行通电加热，发生奥氏体相变，产生收缩变形，实现对拉索的收紧。当停止加热时，记忆合金丝发生马氏体相变，拉索的张紧力减小；利用2m口径的索网天线，集成形状记忆合金丝形成形状记忆索网结构进行实验。

【技术实现步骤摘要】
基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统
本专利技术属于计算机软件
，尤其涉及一种基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：大型天线高精度索网结构长期在空间恶劣环境下产生变形及力学性能降低，使天线的服役性能衰退。当前，卫星在轨设计寿命均较长。如Thuraya通信卫星在轨设计寿命为12年，Inmarsat4卫星在轨设计寿命为13年。然而，空间环境是卫星及天线实现长寿命的一个主要障碍。JAXA在ETS-VⅢ构架式天线研究的基础上，正设法通过增加环向索和径向辅肋的措施研制高精度天线，精度已达亚毫米量级。然而高精度的索网结构对空间环境敬愈加敏感，也必须设法提高索网天线型面精度的在轨保持性。因此，严苛的空间环境使索网结构天线的大型化发展需求与其功能型面精度保持之间的矛盾日益突出，给传统的结构设计技术带来了新的挑战。可概括为以下两个方面的原因：短周期温度场的影响和长周期空间辐照下的结构松弛。综上所述，现有技术存在的问题是：大型天线高精度索网结构长期在空间恶劣环境下产生变形及力学性能降低，使天线的服役性能衰退。解决上述技术问题的难度和意义：为了克服传统结构设计技术的缺陷，就必须研究空间复杂环境下，索网结构天线反射面在包括短周期和长周期在内的全生命周期在轨保型的设计方法。而基于形状记忆合金变刚度模式设计有望给天线反射面的在轨保型设计提供有效的解决途径。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统。本专利技术是这样实现的，一种基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统包括：形状记忆合金丝模块、电源模块、多通道数据采集模块、温度传感模块、Labview控制模块。形状记忆合金丝模块，与电源模块的输出端连接，使用形状和金丝，利用电源模块加热；多通道数据采集模块和温度传感模块，用于实时采集形状记忆合金丝的温度并将所采集数据同步传输到电脑端的Labview程序中；电脑端的Labview程序完成整个控制过程，在Labview前面板设置目标温度值，Labview后面板把采集到的温度信号与目标温度值进行实时比对，得到偏差信号e，然后对偏差进行PID控制，在Labview前面板上根据实时数据比对以及PID参数调节经验来实时设置PID参数，P为比例控制，与偏差大小成比例，调节P使程序对电压和电流调节速度加快；I为积分控制，是对偏差的积分，调整I来消除稳态误差；D为微分控制，是偏差的微分，微分用来预测偏差的变化趋势，调整D来减小超调量，进而提高系统稳定性；经过PID控制后将偏差信号传送至供电电源(可编程电源)，如此，电源模块就可以提供稳定的电压输出，进而按照PC的控制要求对形状记忆合金丝加热，直至稳定到目标温度值。上面提到的控制偏差e是指设定好的目标温度值r与实际测量到的温度值y的差值，即e(t)＝r(t)-y(t),输出的控制信号为Labview控制模块，用于为读取并且处理多通道数据采集模块传输的记忆合金丝实时温度，并且根据目标温度值，通过Labview程序内部的PID算法来调节输出电压和输出电流；对电源模块进行实时控制，多通道数据采集模块和电源模块与电脑连接；温度传感模块，安装在多通道数据采集模块上，和形状记忆合金丝模块连接，用于测量形状记忆合金丝模块的温度。进一步，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统进一步包括：计算机、温度采集模块、供电电源、相机、形状记忆拉索、温度传感器。进一步，所述Labview控制模块的电路具体连接关系为：Labview控制模块的输入端连接温度采集模块来实时读取温度数据，输出端连接供电的电源模块，Labview控制模块根据目标温度值处理温度数据调节输出电压和电流本专利技术的另一目的在于提供一种所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统的基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节方法，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节方法包括以下步骤：步骤一，给形状记忆拉索中的记忆合金丝通电；步骤二，温度采集模块采集温度数据提供给电脑；步骤三，电脑处理温度数据进而控制电源模块对记忆合金丝的输出功率；步骤四，同时采用高分辨率相机摄影测量形状记忆拉索的长度变化，将形状记忆索网天线结构的型面精度数据传输给电脑进行数据处理。进一步，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节方法采用PID控制实现温度的闭环控制系统。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：形状记忆拉索的力驱动本质是形状记忆合金的力驱动控制，形状记忆合金的力驱动又通过温度来控制，本专利技术采用传统的通电加热驱动方式，对记忆合金丝进行通电加热，发生奥氏体相变，产生收缩变形，实现对拉索的收紧。当停止加热时，记忆合金丝发生马氏体相变，拉索的张紧力减小；利用2m口径的索网天线，集成形状记忆合金丝形成形状记忆索网结构进行实验。本专利技术对八根形状记忆拉索的温度进行控制，使形状记忆合金丝温度满足索网天线型面对记忆合金丝的温度精度(0.2℃)要求。以下为该专利技术所做的几组实验数据：从实验数据可以看出温度误差小于0.2℃，远大于记忆合金的温度驱动区间值(马氏体与奥氏体转换温度之差)满足测试要求。在此温控系统控制下，测量天线的RMS型面精度可以控制在0.01mm以内。对比其他未使用形状记忆拉索天线结构的天线型面RMS数据。由以上可以看出，本专利技术基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统为克服传统结构设计技术的缺陷提供了有效的解决途径，其中的基于形状的记忆合金的变刚度模式设计有望给天线反射面在全生命周期内的在轨保型设计提供有效的解决途径。本专利技术增强了索网天线结构适应于外界环境的能力，满足并最终提高了索网天线结构的性能。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的形状记忆合金丝整体温度控制流程图。图3是本专利技术实施例提供的温度控制系统主要模块单位关系示意图。图4是本专利技术实施例提供的形状记忆合金丝索网结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术从索网结构入手，将形状记忆合金丝应用于天线的索网结构，利用形状记忆合金丝的形状记忆效应来满足索网结构的型面精度，主要通过控制形状记忆合金丝的温度来实现调节。如图1所示，本专利技术实施例提供的基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统包括：形状记忆合金丝模块(记忆合金丝)、电源模块(供电电源)、数据采集模块(温度采集模块)、温度传感模块(温度传感器)、Labview控制模块(PC)。如图1所示，形状记忆拉索温控主动调节采用MX100日本横河多通道数据采集系统，可同时采集多根记忆合金丝的温度数据，并通过RS485串口反馈给PC机，电脑处理温度数据进而控制供电电源对记忆合金丝的输出电流和输出电压。RMS型面精度测量采用天远三维摄影测量系统，通过非接触式数字摄影多角度测量方法，获取网面每个节点的空间坐本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统，其特征在于，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统包括：形状记忆合金丝模块、电源模块、多通道数据采集模块、温度传感模块、Labview控制模块；形状记忆合金丝模块，与电源模块的输出端连接，使用形状和金丝，利用电源模块加热；多通道数据采集模块和温度传感模块，用于实时采集形状记忆合金丝的温度并将所采集数据同步传输到电脑端的Labview程序中；Labview控制模块，用于为读取并且处理多通道数据采集模块传输的记忆合金丝实时温度，并且根据目标温度值，通过Labview程序内部的PID算法来调节输出电压和输出电流；对电源模块进行实时控制，多通道数据采集模块和电源模块与电脑连接；温度传感模块，安装在多通道数据采集模块上，和形状记忆合金丝模块连接，用于测量形状记忆合金丝模块的温度。

【技术特征摘要】
1.一种基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统，其特征在于，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统包括：形状记忆合金丝模块、电源模块、多通道数据采集模块、温度传感模块、Labview控制模块；形状记忆合金丝模块，与电源模块的输出端连接，使用形状和金丝，利用电源模块加热；多通道数据采集模块和温度传感模块，用于实时采集形状记忆合金丝的温度并将所采集数据同步传输到电脑端的Labview程序中；Labview控制模块，用于为读取并且处理多通道数据采集模块传输的记忆合金丝实时温度，并且根据目标温度值，通过Labview程序内部的PID算法来调节输出电压和输出电流；对电源模块进行实时控制，多通道数据采集模块和电源模块与电脑连接；温度传感模块，安装在多通道数据采集模块上，和形状记忆合金丝模块连接，用于测量形状记忆合金丝模块的温度。2.如权利要求1所述的基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统，其特征在于，所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统进一步包括：计算机、温度采集模块、供电电源、相机、形状记忆拉索、温度传感器。3.如权利要求1所述的基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统，其特征在于，所述Labview控制模块的电路具体连接关系为：Labview控制模块的输入端连接温度采集模块来实时读取温度数据，输出端连接供电的电源模块，Labview控制模块根据目标温度值处理温度数据调节输出电压和电流。4.一种如权利要求1所述基于温度控制的形状记忆索网结构型面精度主动调节系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李智，蒋翔俊，杜敬利，黄进，潘逢群，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61