【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间推进领域，具体涉及一种用于磁电推进器的集成控制系统。
技术介绍
1、随着航天技术的快速发展，传统化学推进器由于质量和体积大、工质消耗多、比冲低、寿命短等缺点，已逐渐难以满足空间任务日益增长的需求。近年来，电推进技术由于具有体积小、寿命长以及比冲高等优点得到井喷式发展，尤其是大功率等离子体电推进推进器具有推力大、尺寸小，特别是工质消耗少的特点，作为航天器的推进系统能显著提高有效载荷比等优点，对电推进技术在航天领域的发展起到巨大的助推作用。
2、磁电推进器因具有较高的推力密度和较小的系统质量成为最适合与空间太阳能和核能系统对接的推进器之一，在大型航天器轨道提升、行星际航行和深空探测等方面具有显著优势。磁电推进器作为一种高功率空间电推进装置，利用强放电电流与感生或外加磁场作用产生的洛伦兹力加速等离子体，通过合理设计推进器构型以及气体放电参数，从而提高推进器的比冲和推力。
3、磁电推进器进行地面测试时，由控制系统进行推进器系统各部件的控制以及数据监测，控制推进器的启动、安全运行、关机以及紧急停机。现有推进器控制系统无法实现各部件连锁预警和紧急停机，对于一些紧急情况，如磁体失超保护、推进模块温度过高、真空度快速上升等推进器系统无法进行快速有效的反应，从而无法保证整个磁电推进器安全稳定运行。同时推进器运行时阳极温度上升速度较快，放电过程中放电电源运行状态、磁体励磁过程中磁体电流、线圈电压等关键参数的动态变化也是关注的重点。
4、综上所述，实现磁电推进器各部件间有序控制和紧急情况的连锁反应
技术实现思路
1、针对现有磁电推进器系统安全稳定运行的需求，本专利技术旨在提供一种磁电推进器控制系统的建设方法，集成化信号监测和控制、预警和紧急停机等功能，将各个系统彼此关联，实现磁电推进器的安全稳定运行。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种磁电推进器控制系统，包括监测模块、控制模块、通讯模块、预警模块、故障保护模块、上位机、电源模块，其中：
4、所述监测模块实现真空系统信号监测、冷却系统信号监测、气路系统信号监测、磁体系统信号监测；
5、所述真空系统信号监测包括磁体系统真空度监测和真空舱室真空度监测，用于实时监测磁体系统和真空舱室的真空度，同时向预警模块、故障保护模块反馈信号；
6、进一步，采用真空规管分别进行磁体系统真空度监测和真空舱室真空度监测，真空规管连接至真空计进行数据监测；
7、所述冷却系统信号监测包括温度监测、流量监测；
8、进一步的，温度监测包括推进模块冷却液温度监测、制冷机冷却液温度监测、放电电源冷却液温度监测和真空泵机组冷却液温度监测，通过温度传感器实时监测各支路冷却液温度，同时向预警模块、故障保护模块反馈信号；
9、进一步的，流量监测包括推进模块冷却液流量监测、制冷机冷却液流量监测、放电电源冷却液流量监测和真空泵机组冷却液流量监测，通过液体流量传感器实时监测各冷却支路冷却液流量；
10、所述气路系统信号监测包括推进模块气体质量流量监测，通过高精度气体流量计实时监测推进模块气体流量；
11、所述磁体系统信号监测包括制冷机温度监测、磁体外杜瓦温度，用于实时监测制冷机温度和磁体外杜瓦温度，同时向预警模块、紧急控制反馈信号；
12、所述磁体线圈电压监测用于实时监测磁体线圈电压，同时向预警模块、紧急控制反馈信号；
13、所述控制模块包括气路系统控制、放电电源控制、磁体电源控制、真空系统控制、冷却系统控制；
14、所述气路系统控制为推进模块气体质量流量控制，采用高精度气体流量计调节推进模块气体质量流量，为推进模块通入一定质量流率的惰性气体工质，作为放电介质；
15、所述放电电源控制包括主回路控制、启/停控制、启弧控制、稳弧控制，同时分为近控和远控两种操作模式，其中近控模式即本地控制，远控模式通过通讯模块与上位机相连，实现远程操作；
16、进一步，放电电源通过启弧在推进模块产生脉冲形式的高电压差，击穿气体工质并形成等离子体，随后以一定电压持续产生等离子体，维持等离子体电流；
17、所述磁体电源控制包括电源启/停控制、目标电流设定、电流变化速率设定、电流上升/下降调节；
18、所述真空系统控制包括插板阀控制、磁体真空泵机组控制、真空舱室真空泵机组控制；
19、所述冷却系统控制包括磁体制冷机控制、液冷机组控制，磁体制冷机控制包括设定制冷机启动/关闭和制冷机温度设定，以维持磁体所需的低温环境；液冷机组控制包括液冷机组各冷却支路的启动/关闭、冷却液温度设定、各支路压力调节，以及时带走磁体制冷机、推进模块、真空泵组、放电电源工作时产生的热量，维持系统稳定运行；
20、所述通讯模块包括磁体系统通讯、气路系统通讯、放电电源通讯、磁体电源通讯、真空系统通讯、冷却系统通讯，基于以太网、rs485、光纤、交换机实现监测模块、控制模块与上位机的通讯；
21、进一步，磁体系统、气路系统、磁体电源、真空系统、冷却系统采用模拟量信号进行通讯，放电电源通过光信号转模拟量信号进行通讯；
22、所述预警模块包括磁体系统预警、放电电源预警、冷却系统预警、真空系统预警，当上位机监测到相关参数高于预设值时，系统发出警报；
23、所述磁体系统预警包括磁体外杜瓦温度预警和线圈电压预警，以防止磁体温度过高或线圈电压产生热量引起磁体失超；
24、所述放电电源预警包括放电电源过载预警、放电电源过流预警、放电电源过热预警，以防止电源过载、过流或过热导致电源元器件损坏；
25、所述冷却系统预警包括推进模块温度预警、制冷机冷却回路温度预警、真空泵组冷却回路温度预警；推进器工作时大部分热量沉积在推进模块，因此推进模块的热环境最为恶劣，温度上升也是最快；磁体制冷机作为磁体系统的冷却装置，其本体也需要液冷机组进行散热，维持其工作所需温度；真空泵组正常运行需要维持在一定温度范围；
26、所述真空系统预警实现磁体系统真空度预警和真空舱室真空度预警；磁体、真空泵机组正常运行以及推进模块点火需要维持一定真空环境，冷却回路管道破损或接头烧蚀则将导致真空舱室真空度突然升高，进而可能使真空泵机组受损；
27、所述故障保护模块实现磁体电源紧急停机、放电电源紧急停机、气路系统紧急停机、真空泵紧急停机、插板阀紧急关闭，紧急控制与预警模块连锁反应，保障设备安全运行；
28、具体的，当预警模块发出线圈电压预警时，磁体电源紧急停机，防止磁体失超；当预警模块发出放电电源预警时，放电电源紧急停机；当预警模块发出推进模块温度预警时，放电电源紧急停机，待推进模块温度恢复设定的阈值以下，再次软启动；当预警模块发出磁体系统真空度预警时，磁体电源紧急停机，防止磁体损坏本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于磁电推进器的集成控制系统，其特征在于：包括监测模块、控制模块、通讯模块、预警模块、故障保护模块、上位机、电源模块；监测模块和控制模块与磁电推进器主体相连，并通过通讯模块连接上位机，预警模块由用户设置相应阈值，并通过上位机发出指令，通过故障保护模块实现紧急控制，上位机集成控制平台并实时显示和绘制系统关键参数动态曲线，电源模块与集成控制系统的以上模块相连，提供相应直流/交流电。
2.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所述监测模块用于监测磁电推进器主体的磁体系统和真空舱室的真空度，冷却液温度以及流量，推进模块的气体流量，磁体系统温度和线圈电压，放电电源电压、功率以及温度，实现磁电推进器参数的实时监测。
3.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所述控制模块用于调节磁电推进器主体的气路系统通入推进模块的气体质量流量，控制放电电源启动/关闭放电电源，控制磁体电源为磁体系统提供高精度直流电流，控制真空系统维持所需真空环境，控制冷却系统对流换热和热传导，实现磁电推进器的远程控制。
4.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所
5.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所述预警模块为包括磁体系统预警模块、放电电源预警模块、冷却系统预警模块、真空系统预警模块，监测关键参数并在异常状态下预警。
6.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所述故障保护模块包括磁体电源紧急停机模块、放电电源紧急停机模块、气路系统紧急停机模块、真空泵紧急停机模块、插板阀紧急关闭模块。
7.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所述上位机包括上位机硬件、集成控制软件，为用户提供参数设置、检测信号实时显示、远程控制、历史数据记录和保存以及磁体电源电流、中心磁场动态曲线绘制，放电电源电流、电压、功率动态曲线绘制，阳极冷却水温度、磁体外杜瓦温度动态曲线绘制功能。
8.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所述电源模块为各模块提供24V直流电源或220V交流电源。
9.如权利要求1-8中任一项所述的集成控制系统，其特征在于：所述监测模块进行信号监测，并通过通讯模块与上位机相连，进行信号的读取，实现磁电推进器各部件运行的实时监测；所述控制模块通过通讯模块与上位机相连，由上位机发出控制指令进行各模块的远程控制，实现磁电推进器各部件的有序运行；所述预警模块与上位机相连，当上位机读取到监测信号超过所设预警阈值时，预警模块发出警报，实现异常状态的预警；所述故障保护模块通过通讯模块与上位机相连，当上位机读取到监测信号超过所设故障保护模块所设阈值时，由上位机发出指令进行相关设备的紧急停机，为磁体系统、推进模块提供保护；所述上位机与通讯模块相连，实现监测信号的接收和控制指令、紧急停机指令的发出，同时为用户提供包括历史数据记录和保存、放电电源和磁体电源电流等关键参数动态曲线绘制，方便用户查看推进器系统运行动态；所述电源模块与集成控制系统各模块相连并提供对应直流或交流电源。
...【技术特征摘要】
1.一种用于磁电推进器的集成控制系统，其特征在于：包括监测模块、控制模块、通讯模块、预警模块、故障保护模块、上位机、电源模块；监测模块和控制模块与磁电推进器主体相连，并通过通讯模块连接上位机，预警模块由用户设置相应阈值，并通过上位机发出指令，通过故障保护模块实现紧急控制，上位机集成控制平台并实时显示和绘制系统关键参数动态曲线，电源模块与集成控制系统的以上模块相连，提供相应直流/交流电。
2.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所述监测模块用于监测磁电推进器主体的磁体系统和真空舱室的真空度，冷却液温度以及流量，推进模块的气体流量，磁体系统温度和线圈电压，放电电源电压、功率以及温度，实现磁电推进器参数的实时监测。
3.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所述控制模块用于调节磁电推进器主体的气路系统通入推进模块的气体质量流量，控制放电电源启动/关闭放电电源，控制磁体电源为磁体系统提供高精度直流电流，控制真空系统维持所需真空环境，控制冷却系统对流换热和热传导，实现磁电推进器的远程控制。
4.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所述通讯模块包括磁体系统通讯模块、气路系统通讯模块、放电电源通讯模块、磁体电源通讯模块、真空系统通讯模块、冷却系统通讯模块，以实现监测模块、控制模块、故障保护模块与上位机之间的通讯。
5.如权利要求1所述的集成控制系统，其特征在于：所述预警模块为包括磁体系统预警模块、放电电源预警模块、冷却系统预警模块、真空系统预警模块，监测关键参数并在异常状态下预警。
6.如权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆玉东，郑金星，宋云涛，刘海洋，李明，刘菲，朱雷，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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