實現(xiàn)陀螺儀均勻溫度場的多加熱點協(xié)調(diào)溫度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于溫度控制技術(shù)，特別設(shè)及一種針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)中巧螺儀勻溫度場的溫控 方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 巧螺儀是慣性導(dǎo)航的關(guān)鍵設(shè)備，由于其普遍具有較大的溫度漂移系數(shù)，因此溫度 的穩(wěn)定性對慣性導(dǎo)航精度有很大影響。為了給巧螺儀提供高精度的均勻溫度環(huán)境，需要對 巧螺儀進行高精度的均勻溫度場控制。
[0003] 實現(xiàn)巧螺儀高精度的均勻溫度場控制的技術(shù)困難在于；1)無冷端且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。巧 螺儀的熱源分為巧螺工作發(fā)熱和加熱片發(fā)熱，但是沒有制冷源，只能通過與外界環(huán)境間散 熱降溫，即主動加熱、被動散熱。而且，巧螺儀捷聯(lián)裝置的幾何形狀非常復(fù)雜，其熱流模型難 W確立。2)溫度控制精度需求高。為了使巧螺儀工作在最理想的溫度環(huán)境中，對溫度控制 精度提出了很高的要求。穩(wěn)定時巧螺儀溫度的均值偏離設(shè)定值<0. rc，紋波<±0. oi5°c， 而由于Effl水平、元件精度W及運算精度的制約，一般裝置往往難W滿足標的要求。在工程 應(yīng)用中還希望控制裝置能在最短時間內(nèi)使巧螺儀溫度場達到設(shè)定值。鑒于W上難點，目前 暫沒有能達到技術(shù)標的的控制裝置可供使用。
[0004] 現(xiàn)有的溫度控制裝置多采用分立模擬功放器件或單片機系統(tǒng)搭建經(jīng)典PID控制 器，更高級的控制裝置還內(nèi)建了被控模型。它們針對的往往是單個物件且散熱良好的簡單 巧螺儀。但對于巧螺儀捷聯(lián)、加熱可控散熱不可控的復(fù)雜系統(tǒng)，不僅被控模型幾乎不可確 定，經(jīng)典控制裝置也不能同時滿足精度及速度需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)巧螺儀均勻溫度場的溫度控制裝置及方法，通過可 變占空比的高頻PWM功率輸出調(diào)制進行多個加熱點協(xié)調(diào)溫度控制，能快速為巧螺儀建立均 勻溫度場且高精度地保持該溫度場，具有不需建立對象的精確散熱模型、調(diào)試容易、魯椿性 強、人機交互合理、可靠易用的特點。
[0006] 為了達到W上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予W實現(xiàn)的：
[0007] 一種實現(xiàn)巧螺儀均勻溫度場的多加熱點協(xié)調(diào)溫度控制方法，其特征在于，采用一 種多加熱點協(xié)調(diào)溫度控制裝置，由信號采集模塊、核屯、運算模塊和功率控制模塊構(gòu)成，其 中，信號采集模塊包括貼于巧螺儀多個測溫點的銷電阻溫度傳感，該些傳感器共同接入一 個高精密低溫漂電橋，該電橋得到的各傳感器差分信號經(jīng)儀表放大器、A/D轉(zhuǎn)換器后，由電 平轉(zhuǎn)換器輸入至核屯、運算模塊；核屯、運算模塊包括DSP微處理器和協(xié)處理器，協(xié)處理器檢 測輸入的溫度設(shè)定指令并傳入DSP微處理器，DSP微處理器讀取來自信號采集模塊的A/D 信號進行控制運算，輸出PWM控制信號至功率控制模塊；功率控制模塊包括一個PWM調(diào)理電 路，來自DSP微處理器的PWM控制信號經(jīng)PWM調(diào)理電路送入MOS功率管驅(qū)動置于巧螺儀多 個加熱點上的加熱片進行均勻溫度場加熱；
[000引所述實現(xiàn)巧螺儀均勻溫度場的多加熱點協(xié)調(diào)溫度控制方法，包括下述步驟：
[0009] (1)啟動信號采集、核屯、運算、功率控制各模塊，對DSP微處理器與協(xié)處理器進行 初始化，當(dāng)協(xié)處理器檢測到溫度設(shè)定命令后通知DSP微處理器開始溫度控制運算；
[0010] (2)DSP微處理器在定時中斷條件下，啟動A/D轉(zhuǎn)換，獲得各測溫點實際溫度值 {s。S],. . .S。};
[0011] 做根據(jù)設(shè)定溫度，判斷各測溫點溫度狀態(tài)，當(dāng)各測溫點溫度均小于目標溫度 STsrget的85 %，進入步驟一；當(dāng)任一測定點溫度大于等于目標溫度S 的85 %，進入步驟 二；當(dāng)各測溫點溫度趨于一致，進入步驟=:
[0012] 步驟一，為了實現(xiàn)較短的升溫時間，功率控制模塊PWM輸出信號為占空比100%， 各加熱點均W最大功率加熱，直到將巧螺儀任一加熱點的溫度由室溫加熱到目標溫度 Sjarget的 85% ;
[0013] 步驟二，采取多加熱點協(xié)調(diào)加熱策略，W各加熱點達到目標溫度的時間dTi為標 準，通過適當(dāng)降低某些加熱點的PWM加熱功率，動態(tài)地調(diào)整各加熱點的散熱，最終使各加熱 點溫度一致，形成均勻溫度場，記錄各PWM輸出信號占空比終值；
[0014] 步驟=，當(dāng)巧螺儀各加熱點溫度一致形成均勻溫度場后，實施高精度溫度保持，將 各PWM輸出信號在步驟二的占空比終值作為功率開關(guān)的"開"狀態(tài)，0%作為"關(guān)狀態(tài)"，W高 頻開關(guān)方式控制各加熱點溫度保持在目標溫度Shwt。
[0015] 上述方法中，（3)步驟二所述多加熱點協(xié)調(diào)加熱策略，設(shè)n個加熱點輸出功率為 (a。32,. . .a。}，測得的溫度為{si, S2,. . .S。}，通過調(diào)整{a。32,. . .a。}，經(jīng)過時間 T= NA t， 使得Si=S2=... =8。=8 Targgt，即頭現(xiàn)均勻溫度場，其中，At是時間間隔,N是經(jīng)歷的時 間步數(shù)；在每個時間間隔At內(nèi)執(zhí)行W下步驟：
[0016] 第一步，W加熱點i當(dāng)前的溫度Si和溫升速率ds i來估計其達到目標溫度的時間 A Tf - kTargetSf)/ds。i-1, 2,. . . ,II ;
[0017] 第二步，將加熱點i達到目標溫度的時間ATi與其他加熱點達到目標溫度的時間 A Tj.，j聲i比較，如果加熱點i達到目標溫度的時間A Ti最長，那么調(diào)高其加熱功率為a i =ai(l+p)，否則調(diào)低其加熱功率為ai= ai(l-p)，其中0<p << l，and p<At ;
[0018] 第S步，如果加熱點i的加熱功率a; m。,，那么調(diào)整加熱功率為a;= a; m。,，其 中a; mJ%加熱點i可實現(xiàn)的最大輸出功率；如果加熱點i的加熱功率a a i mi。，那么調(diào)整 加熱功率為a;= ai mi。，其中a;mi。為加熱點i可實現(xiàn)的最小輸出功率。
[0019] 步驟（2)所述各測溫點實際溫度值{si，S2, ... S。}是采用卡爾曼濾波算法對采集 的數(shù)字量數(shù)據(jù)進行濾波，減小噪聲干擾，再通過標定系數(shù)對溫度A/D值轉(zhuǎn)換得到。
[0020] 執(zhí)行完步驟（3)后，DSP微處理器將實時的溫度數(shù)據(jù)通過協(xié)處理器保存到存儲器 中，或輸出到顯示屏上。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是，由于將均勻溫度場控制問題轉(zhuǎn)化為一致性問 題，因此不需建立對象的精確散熱模型；在溫度保持階段，采用了基于溫度波動的高速開關(guān) 溫度控制方法避免了調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，相較于現(xiàn)有的技術(shù)調(diào)試容易、魯椿性強；合理的配置 了人機交互界面，可W使操控人員直觀的了解溫度控制的效果并且控制其進程。
【附圖說明】
[0022] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0023] 圖1為本發(fā)明多加熱點協(xié)調(diào)溫度控制裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明多加熱點協(xié)調(diào)溫度控制方法流程圖。
[0025] 圖3為本發(fā)明方法應(yīng)用實例各加熱點溫度變化曲線圖。
【具體實施方式】
[0026] 參考圖1，一種實現(xiàn)巧螺儀均勻溫度場的多加熱點協(xié)調(diào)溫度控制裝置，包括：
[0027] 信號采集模塊由n個銷電阻溫度傳感器、一個高精密低溫漂電橋、一個儀表放 大器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個電平轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。高精密低溫漂電橋的電路采用無感貴金 屬膜電阻（單電阻誤差<0.01 %，配對誤差<0.005 %，溫飄<2ppm/°C )精密配對后搭建， 盡可能降低電路噪聲及熱漂移帶來的溫度測量噪聲與漂移。A/D轉(zhuǎn)換器采用高速高精度 (〉25化SPS，真16位精度，整體線性度誤差<2LSB，溫飄<2ppm/°C)多通道巧片，具有簡單的 通訊接口，并由高精密低溫漂低噪聲化02%初始精度、2化pm/lOOOh的精度保持能力，溫 飄<0. 5ppm/°C，噪聲<1.加化-P)電源提供電壓基準。電平轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)DSP微處理器與A/D 巧片的通訊任務(wù)。
[002引核屯、運算模塊
[0029] 由一個DSP微處理器、一個協(xié)處理器、一個存儲器組成。DSP微處理器負責(zé)調(diào)度各 個外圍設(shè)備W及運行控制算法；協(xié)處理器負責(zé)鍵盤和顯示屏構(gòu)成的人機交互設(shè)備。
[0030] 功率控制模塊
[003U 由一個PWM調(diào)理電路、一個M0S功率管及n個加熱片組成。DSP微處理器產(chǎn)生的 PWM控制信號先經(jīng)過PWM調(diào)理電路變?yōu)槟茯?qū)動M0S功率管的矩形波；M0S功率管采用開關(guān)速 度快、適合高頻應(yīng)用、低導(dǎo)通電阻的N溝道功率管，W降低線路損耗，減小控制信號崎變；加 熱片依據(jù)所需功率不同按需定制。
[0032] 各模塊之間功能協(xié)作關(guān)系如圖1箭頭所示；貼于巧螺儀3~6個測溫點的銷電阻 溫度傳感器接入高精密低溫漂電橋，由該電橋得到的差分信號經(jīng)儀表放大器、A/D轉(zhuǎn)換器， 由電平轉(zhuǎn)換器輸入