一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统技术方案

本发明专利技术是一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统。本发明专利技术所述系统包括：集成总控系统、集成控制系统、环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机、真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统、PIV测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪；本发明专利技术所提出控制方案能够实现对火星低压沙尘暴模拟装置系统的多耦合因素控制。本发明专利技术主要目的是：根据试验需要设定不同的试验环境状态参数，控制各个子系统协调工作，子系统主要包括风速控制系统、舱体压力控制系统、尘浓度控制系统等。最终达到模拟火星表面的基本大气指标参数的目标。参数的目标。参数的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统


[0001]本专利技术涉及火星空间环境模拟
，是一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统。

技术介绍

[0002]空间环境地面模拟装置的火星低气压沙尘暴模拟装置系统用于模拟火星表面环境，通过风源带动火星尘运动，模拟火星大气压力、密度和流场环境，实现火星表面沙尘环境模拟。研究火星环境物理及其对材料和飞行器系统模块的影响机制，包括极端环境下火星沙尘暴对星表活动的影响，如模拟火星尘暴和尘卷风条件下的耐压太空服评估试验；模拟火星地面风对探测器表面沙尘的聚集和吹除作用等。同时还承担火星大气物理现象的研究。
[0003]火星低气压尘卷风模拟装置利用风速带动沙尘运动，模拟火星表面环境，包括大气压力、密度、流场、沙尘等多因素综合环境。利用该装置可开展研究火星低气压尘卷风环境。
[0004]由于火星低气压沙尘暴模拟装置系统的功能复杂、舱体所占用空间较大，同时所模拟的环境具有多环境场相互耦合作用，因此对系统的控制提出了较高要求，要求能够远程安全的工作，同时实现对现场数据的采集、存储、监控。

技术实现思路

[0005]本专利技术能够实现对火星多因素综合环境模拟，本专利技术提出一种“回”字型风洞并进行可扩展多级控制系统设计，本专利技术提供了以下技术方案：
[0006]一种立式模拟火星舱，相较于以往的舱体，本专利技术将舱体沙尘喷管所处试验段与舱体链接做一个整体。
[0007]一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，所述系统包括：集成总控系统、集成控制系统(PXI)、环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机、真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统、PIV测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪；
[0008]集成总控系统控制集成控制系统，所述集成控制系统控制环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机；
[0009]所述环境模拟设备测控计算机控制真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统，所述仪器数据采集计算机采集PIV测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪的数据信息。
[0010]优选地，所述集成控制系统包括操纵台和工控计算机。
[0011]优选地，通过真空稳压系统控制气压，使得气压达到火星环境压力；风速模拟系统用于控制气体流动速度，使得内气体流动速度达到火星表面风速；沙尘系统用于提供沙尘，并控制沙尘的均匀性。
[0012]优选地，所述真空稳压系统设置有绝压传感器，并设置有执行器为真空泵。
[0013]优选地，所述风速模拟系统设置有高精度的差压传感器，通过伯努利方程计算出气体速度，并设置有执行器为引射器。
[0014]优选地，沙尘系统设置有传感器为粉尘浓度仪，并设置有执行器为螺旋喂料器。
[0015]优选地，本专利技术设计一套逻辑系统模块，实现对整个舱体的集成控制，并可根据现场实际情况进行拓展。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：
[0017]本专利技术所提出控制方案能够实现对火星低气压沙尘暴模拟装置系统的多耦合因素控制。本专利技术主要目的是：根据试验需要设定不同的试验环境状态参数，控制各个子系统协调工作，子系统主要包括风速控制系统、舱体压力控制系统、尘浓度控制系统等。最终达到模拟火星表面的基本大气指标参数的目标。
[0018]本专利技术所述集成控制系统与集成总控系统相连接，并向总控系统传输数据，便于在总控室内实现对装置运行状态的监测控制等。
附图说明
[0019]图1为控制系统原理图；
[0020]图2为火星低气压尘卷风模拟装置控制系统组成；
[0021]图3为火星低气压尘卷风模拟装置控制系统总流程图。
具体实施方式
[0022]以下结合具体实施例，对本专利技术进行了详细说明。
[0023]具体实施例一：
[0024]根据图1和图3所示，本专利技术为解决上述技术问题采取的具体优化技术方案是：一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，所述系统包括：集成总控系统、集成控制系统、环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机、真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统、PIV测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪；
[0025]集成总控系统控制集成控制系统，所述集成控制系统控制环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机；
[0026]所述环境模拟设备测控计算机控制真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统，所述仪器数据采集计算机采集PIV测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪的数据信息。
[0027]所述集成控制系统包括操纵台和工控计算机。
[0028]通过真空稳压系统控制气压，使得气压达到火星环境压力；风速模拟系统用于控制气体流动速度，使得内气体流动速度达到火星表面风速；沙尘系统用于提供沙尘，并控制沙尘的均匀性。
[0029]所述真空稳压系统设置有绝压传感器，并设置有执行器为真空泵。
[0030]所述风速模拟系统设置有高精度的差压传感器，通过伯努利方程计算出气体速度，并设置有执行器为引射器。
[0031]沙尘系统设置有传感器为粉尘浓度仪，并设置有执行器为螺旋喂料器。
[0032]本专利技术所述的火星低气压沙尘暴模拟装置启动过程具体分为三个阶段：第一个阶段为目标压力准备阶段，此阶段先要对真空舱进行抽气处理，将真空舱的压力降低到100Pa以下，然后开始对真空舱内注入CO2气体，当舱内CO2气体达到100kPa以上时，停止CO2气体注入，再次对真空舱进行降压处理，通过压力系统的闭环调节，使压力稳定在压力设定值。第二个阶段为目标风速准备阶段，在压力稳定的前提下，设定好试验所需的风速，然后开启引射器，根据设定值，PID调节引射器管路的调节阀开度，最终确定开度，达到稳定的风速值，此时，压力系统依然能够加大压力系统的抽气量，使通过引射器排进的CO2气体与压力系统抽气量相平衡。第三阶段为尘浓度准备阶段，在舱室压力与试验段风速调整稳定后，开始启动喷尘系统，根据风洞试验段的尘浓度传感器的反馈浓度，尘浓度系统闭环调节相应的喷尘气源压力与螺旋喂料器的速度，使浓度在目标的浓度附近基本稳定，此时，风速基本不会受到喷尘系统的影响，但是压力系统的压力平衡受到影响，压力系统自动进一步加大抽气量，使压力系统在喷尘过程中再次达到压力平衡。
[0033]本专利技术所述方案在启动阶段完成后可进入样品试验阶段。
[0034]本专利技术所述方案在试验结束时，首先关闭尘浓度控制系统，然后关闭风速系统，开启除尘系统，在一段时间后，关闭除尘系统。然后同时关闭压力，试验结束。
[0035]控制逻辑模块
[0036]集成控制系统的程序逻辑由以下四个功能模块构成，包括：环境模拟设备操作模块、试验管理模块、分析测量模块和辅助功能模块，具体如图3所示。
[0037]其中环境模拟设备操作模块可以实现真空压力系统、风速模拟系统、沙尘系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，其特征是：所述系统包括：集成总控系统、集成控制系统、环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机、真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统、PIV测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪；集成总控系统控制集成控制系统，所述集成控制系统控制环境模拟设备测控计算机、仪器数据采集计算机；所述环境模拟设备测控计算机控制真空稳压系统、风速模拟系统、沙尘系统，所述仪器数据采集计算机采集PIV测试仪、照相测试仪、光学显微镜、法拉第杯和表面电位仪的数据信息。2.根据权利要求1所述的一种火星低气压沙尘暴模拟可扩展多级集散式控制系统，其特征是：所述集成控制系统包括操纵台和工控计算机。3.根据权利要求2所述的一种火星低气压沙尘暴模拟可...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽芳，陈聪斌，陈赟，姜生元，邓宗全，迟关心，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：