в ЖТФ. - 2006. - Т. 2, вып. 2. -С. 1-7.
15. Основы водородной энергетики: 2-е изд. / Под. ред. В. А. Мошникова и Е. И. Терукова. - СПб.: СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2011. - 288 с.
16. Souzy R., Ameduri B. Functional fluor-opolymers for fuel cell membranes // Prog. Polym. Sci. - 2005. - Vol. 30, N 6. - P. 644.
17. Gierke T. D., Munn G. E., Wilson F. C. The Morphology in Nafion Perfluori-nated Membrane Products, as Determined by Wide- and Small-Angle X-Ray Studies // J. Polymer. Sci. -1981. - Vol. 19. - Р. 1688.
18. Gursel S. A., Gubler L., Gupta B. Phase transformation characteristics of barium strontium titanate films on anisotropic substrates with (001) epitaxy // Adv. Polym. Sci. - 2008. - Vol. 215. -P. 157-217.
19. Елисеев Н. Мемристоры и кроссба-ры: нанотехнологии для процессоров // Электроника: Наука, технология, бизнес. - 2010. - № 8. -С. 84-89.
20. Зятьков И. И., Чиркин Л. К., Юр-ченко Е. П. Расчет МДП-приборов: Учеб. пособие. - Л.: ЛЭТИ, 1991.
21. Dimitrov D. Tz., Lutskaya O. F, Mosh-nikov V. A. The control of defect in the gas-sensitive tin dioxide layers // Electron Technology. - 2000. - Vol. 33, N 1/2. - Р. 61-65.
22. Ponomareva A. A., Moshnikov V. A., Delan A. et al. Metal-oxide-based na-nocomposites comprising advanced gas sensing properties // Journal of Physics: Conference Series. - 2012. -Т. 345, N 1. - С. 012029.
23. Мошников В. А., Грачева И. Е., На-лимова С. С. Смешанные металлоок-сидные наноматериалы с отклонением от стехиометрии и перспективы их технического применения // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. -2012. - № 42-2. - С. 59-67.
24. Зятьков И. И., Пичугин И. Г., Чернова Р. П., Юрченко Е. П. Технология полупроводниковых приборов и интегральных микросхем: Учеб. пособие к курсовому проектированию. -Л.: ЛЭТИ, 1986.
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет".
Игорь Александрович Аверин — д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой нано- и микроэлектроники;
® (8412) 36-82-61
E-mail: micro@pnzgu.ru
Игорь Александрович Пронин — аспирант;
® 8-987-502-59-85
E-mail: pronin_i90@mail.ru
Надежда Дмитриевна Якушова — студент;
® (8412) 36-82-61
E-mail: winter-kalt17@mail.ru
Мария Вячеславовна Горячева — студент.
® (8412) 36-82-61
E-mail: micro@pnzgu.ru □
УДК 533.6.05:519.687
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОВАКУУМНЫХ ИСПЫТАНИЙ
А. В. Шевляков, И. А. Выхристюк
Рассмотрены проблемы автоматизации тепловакуумных испытаний в рамках создания горизонтальной вакуумной установки ГВУ-600 для ОАО ""Информационные спутниковые системы" им. акад. М. Ф. Решетнева". Проанализированы особенности проведения испытаний и выбран набор необходимых для автоматического управления данных. Описаны сложности построения многоконтурной системы автоматического управления испытанием. Предложен вариант оптимального алгоритма автоматического управления испытаниями. Приведены результаты тестового эксперимента. Сделаны выводы относительно выбранного алгоритма и предложены варианты оптимизации.
Ключевые слова: автоматизация испытаний, многоконтурные системы, тепловые потоки.
ВВЕДЕНИЕ
Современная стратегия экспериментальной отработки космических аппаратов (КА) основывается преимущественно на наземной отработке систем и частей КА. При этом имитация штатных условий эксплуатации производится в наиболее возможно полном объеме [1]. Тепловакуумные испытания (ТВИ) являются важной составляющей предполетной отработки КА [2]. Во время ТВИ имитируются такие условия космоса, как вакуум, солнечный поток, резкие перепады температуры по поверхности КА.
Проведение испытаний подразумевает измерение некоторого числа параметров и управление некоторым количеством оборудования. При длительных экспериментах, а также при достаточно большом числе сигналов и управляющих воздействий, встает вопрос об автоматизации процесса испытаний. Современные системы для проведения ТВИ имеют возможность использования сотен устройств подвода мощности (УПМ) и датчиков температуры, что делает необходимым автоматизацию задачи получения определенного температурного режима на испытываемом КА.
16
Sensors & Systems • № 12.2013
Представленная в статье система предназначена для проведения различных тепловакуумных испытаний с количеством контрольных точек до 750 и управляющих воздействий до 380 каналов. Работы по разработке автоматизированной системы велись в рамках создания горизонтальной вакуумной установки ГВУ-600 для ОАО "ИСС" им. акад. М. Ф. Решетнева".
Система осуществляет автоматическое управление ходом испытаний в крупноразмерной горизонтальной вакуумной камере ГВУ-600 (объем более 600 м3), обеспечивает анализ нештатных ситуаций и автоматическое управление алгоритмом испытаний, контролирует более 750 различных точек изделия в диапазоне от —150 до +150 °С, а также позволяет проводить в автоматическом режиме один из видов тепловакуумных испытаний — термобалансные или термостатические.
Термобалансные испытания подразумевают подачу постоянной мощности независимо от температуры либо релейное управление мощностью в заданном температурном диапазоне.
Термостатические (термоциклические) тепло-вакуумные испытания заключаются в последовательном выводе испытываемого КА на определенные температурные режимы (ТР) и поддержание заданных ТР в течение требуемого времени. Под температурным режимом подразумевается такое состояние объекта, при котором температура, измеряемая в контролируемых точках, существенно не меняется со временем.
Для создания ТР в вакуумных установках используются неуправляемые криоэкраны и УПМ различных типов, управляя которыми можно формировать заданное температурное поле.
ЗАДАЧА ПОЛУЧЕНИЯ ЗАДАННОГО ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА
Сложность проведения испытаний заключается в том, что любой источник тепла в общем случае оказывает влияние на любую точку объекта, вызывая изменение температуры на ней. Поэтому практически невозможно перейти к конечному числу одноконтурных регуляторов.
В общем случае существует N управляемых УПМ и T датчиков, фиксирующих температуру в интересующих точках испытываемого изделия. Влияние изменения подводимой мощности на изменение температуры в каждой точке неизвестно.
При отсутствии дополнительной информации о системе создать универсальный алгоритм управления невозможно, так как любой алгоритм будет основан на реакции системы на изменение подводимой мощности, а реакция может последовать
через неопределенное время. Следовательно, необходимо знать еще и максимальное время реакции системы. Неизвестная зависимость ТР от значений подводимых мощностей выражается как Д«1, «2, ..., «д) = (¿1, ¿2, ..., ¿г).
Входными данными являются: исходный ТР /Л0] Л01 Л0К
(, ¿2 , ..., ¿т ), исходное значение подводимых мощностей («101, «201, ..., «л°]), требуемый ТР
(г^1, , ..., ^"т1) и точность 8? получения ТР, а искомым является значение подводимых мощ-
•■• / [Ь] [Ь] [Ь] \ ностей («1 , «2 , ..., «V), при котором получа-
тт»/ЛЦ ЛЬ] ЛЬ] ч
ется 1Р (¿1 , ¿2 , ..., ¿т ), отличающийся от требуемого не более, чем на величину Ы в каждой контролируемой точке:
ст «[ 0] «[ 0] и[0]) - (¿[0] ¿[0] ¿[0] );
Р(«1 , «2 , ..., «Ы ) - (¿1 , ¿2 , ..., ¿Т );
«[Ь] «[Ь] «[Ь]) = (¿[Ь] ¿[Ь] * [ Ь] V
Р(«1 , «2 , ..., ) - (¿1 , ¿2 , ..., ¿Т );
V/ е {1, 2, ..., N |г[Ь] - ?г[Ь] | < Ы.
АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМИ ПОТОКАМИ
Решение задачи основано на нахождении приращения И в текущей точке при изменении мощности на каждом УПМ на известную величину А«, / е {1, 2, ..., N1 и вычислении вектора коэффициентов (&!, ^2, ..., кд) в предположении, что И локально линейна, а точнее, что:
Д«1 + к^А«!, «2 + ^2А«2, ..., «д + кдА«д) —
- Д«ь «2, ..., «д) - к!(И(«1 + А«1, «2, ..., «д) —
— И(«1, «2, ..., «д)) + к2(И(«1, «2 + А«2, ..., «д) — — Д«1, «2, ..., «д)) + ... + кд(И(«1, «2, ..., «д + А«д) —
— Д«1, «2, ..., «д)). (1)
Реализация алгоритма состоит в последовательном изменении мощности на каждом УПМ на известную величину и ожидании выхода системы на ТР. Для ожидания ТР используется три параметра: время ожидания реакции системы, время ожидания баланса и допуск на баланс. Время реакции системы определяет интервал времени, в течение которого после изменения мощности не определяется выход на ТР. Допуск на баланс задает минимальное отклонение температуры в любой контролируемой точке за время, меньшее времени ожидания баланса, при котором констатируется температурная нестабильность системы. Ожидание ТР заканчивается, если за время ожидания баланса температура во всех точках изме-
нилась на величину, не превышающую допуска на баланс.
После получения ТР для текущего УПМ мощность на нем возвращается в исходное состояние и меняется мощность следующего. В результате этого процесса получается набор ТР:
F(n[°] + Дпь ,
^N ) (] , ¿2 ] -
tT1]);
F( n[°] n[°] + Дп n[°] ) - (t [2] t [2] t [2] );(2) F(И 1 , «2 + Д"2, •••, nN ) - ('1 , '2 , •••, ¿T );(2)
«N°] + ди^) - (t[N], ¿2N
tTN]),
[ L]
t [ 1 ] f t t
t [1] fW t2 t2
[L]
t[2] f t1 t1
t [ 2] f[L] t2 t2
[L]
t[N] f t1 t1
t [N] f[L] •• t2 t2
t [1] f[L] t[2] f[L] t[N] f[L] V kN У tT t T tT tT ••• tT tT
^ Л k1
[L]
t[°] t t1 t1
t[°] f[L] t2 t2
t[°] f[L] У tT t T
(3)
После успешного решения системы (3) [3] значение подводимых мощностей устанавливается в
виде (и^, ир, ..., и#]) = (и1°] + к1Аи1, и2°] + к2^и2,
..., + к^Аи^) и ожидается выход системы на
[L] JL]
2
tTL] )•
д и1°], и2°],
где ^г] — температура, зарегистрированная на у-м
датчике при изменении мощности на /-м УПМ. Из (1) и (2) получаем систему из Т уравнений с N неизвестными:
ТР (?
В общем случае (исходя из практического предположения, что Т 1 N) система (3) переопределена, т. е. любое решение имеет невязку, которая связана с нелинейностью Д, неточностью определения выхода системы на ТР, а также с погрешностью измерения температуры, нелинейностью УПМ и неконтролируемым подводом мощности. Еще одним фактором, влияющим на наличие и величину невязки, является теоретическая достижимость требуемого ТР. Это означает, что система датчиков и УПМ может быть сконфигурирована так, что запрашиваемый ТР не может быть п
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.