【摘要】：二維轉(zhuǎn)臺作為空間相機地面模擬實驗中實現(xiàn)大視場遙感成像獲取的核心運動執(zhí)行機構(gòu),其用于驅(qū)動空間相機實現(xiàn)水平和俯仰兩個自由度的運動以獲取不同方位的遙感圖像。由于空間相機在軌工作溫度低于100K,為保證二維轉(zhuǎn)臺內(nèi)部光柵、電機、軸承等關(guān)鍵部件的工作性能,對二維轉(zhuǎn)臺關(guān)鍵部件進行熱控設(shè)計尤為重要。本課題超低溫真空下二維轉(zhuǎn)臺的熱控設(shè)計方法研究,模擬空間低溫真空環(huán)境,提出一種主被動復(fù)合的熱控方案,利用Smith預(yù)估控制算法,實現(xiàn)了被控點±0.2℃的溫度控制精度。具體研究內(nèi)容如下:首先,分析現(xiàn)有熱控方法,提出基于主被動復(fù)合的二維轉(zhuǎn)臺熱控設(shè)計總體方案;基于熱傳導(dǎo)與熱輻射理論,利用ANSYS分別對主被動熱控方案進行二維轉(zhuǎn)臺溫度場仿真,優(yōu)化并確定加熱功率等核心設(shè)計參數(shù)。其次,基于Smith預(yù)估、模糊PID和經(jīng)典PID三種溫度控制算法,對二維轉(zhuǎn)臺中溫度敏感度最高部件圓光柵進行算法仿真,對比三種算法的階躍響應(yīng)和抗干擾特性,發(fā)現(xiàn)Smith預(yù)估控制算法超調(diào)量最小、控制時間最短且魯棒性最強,故確定Smith預(yù)估算法作為溫控系統(tǒng)的核心控制算法。再次,基于STM32單片機和C#軟件平臺實現(xiàn)下位機和上位機溫控程序設(shè)計,主要包括溫度采集單元和加熱控制單元,可實現(xiàn)20路溫度數(shù)據(jù)實時采集與60路加熱片升溫控制。最后,進行實驗驗證與分析。在低溫(-100℃~-130℃)條件下,對溫控對象進行溫度控制性能測試,測得其溫度控制精度±0.2℃,溫度控制分辨力0.2℃。在室溫(18.5℃)條件下,對二維轉(zhuǎn)臺光柵、水平讀數(shù)頭、水平電機以及支撐軸承等關(guān)鍵部件進行精確溫度控制,實驗表明室溫下溫度控制精度可達±0.2℃。滿足設(shè)計要求。
【圖文】：

-1-圖 1-1 空間相機實物圖相機實際在軌工作之前，在地面進行模擬實驗是保證課題中的二維轉(zhuǎn)臺正是地面模擬實驗環(huán)節(jié)中實現(xiàn)相關(guān)鍵設(shè)備。二維轉(zhuǎn)臺的機械臺體可以實現(xiàn)水平回轉(zhuǎn)和相機可以各方位的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)空間相機內(nèi)方位最后獲取完整的圖像信息。間相機在軌工作時的環(huán)境需求，此二維轉(zhuǎn)臺應(yīng)工作度優(yōu)于 1×10-5Pa 的特制真空罐內(nèi)。二維轉(zhuǎn)臺內(nèi)部光件受溫度影響很大，為了保證二維轉(zhuǎn)臺的正常工作，的熱控設(shè)計，以保障二維轉(zhuǎn)臺的各個關(guān)鍵部件在超低工作的溫度范圍內(nèi)。超低溫真空環(huán)境下，熱控系統(tǒng)可稱為 二維轉(zhuǎn)臺的生命、電機、軸承等關(guān)鍵部件受溫度影響很大，若不能使

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文的溫度條件下，將嚴重影響到二維轉(zhuǎn)臺的軸系定位精度，進而影響到空間相機的工作效果。因此熱控系統(tǒng)性能的優(yōu)劣、可靠性的高低將直接決定二維轉(zhuǎn)臺的工作性能進而決定空間相機的拍攝質(zhì)量。1.2 熱控技術(shù)的研究現(xiàn)狀國外在空間相機的熱控方面研究起步較早且相對成熟，，其中典型的熱控措施包括主動熱控和被動熱控兩種技術(shù)[5-8]。其中典型的被動熱控措施如圖 1-2 所示為多層隔熱組件，該措施通常是用來阻隔設(shè)備間的輻射換熱和導(dǎo)熱。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH702

【參考文獻】

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本文編號：2676013