【毕业设计】固体界面传热自动测量系统软件

航天器热控制就是控制航天器内外的热交换过程，使其热平衡温度处于要求范围内的技术，又称航天器温度控制。

航天器的热控制是以传热学和工程热力学的基本理论为基础的，是航天技术的重要组成部分。

用于热控制的各种材料和设备组成航天器热控制系统。

航天器是在十分严酷的温度条件下工作的，例如返回式航天器要经历从以下到以上的环境温度变化。

航天器的结构仪器设备和所载生物都无法承受这样剧烈的温度变化。

人造地球卫星上有些红外遥感器还需要有超低温工作环境广播卫星的大功率行波管要求强化散热些航天器的电子设备舱要求均匀而恒定的温度环境航天飞机则需要解决多次重复使用的防热问题。

在航天器热控技术中，航天器内部各部件构件高功率密度器件之间的热量传递主要是通过接触导热方式来完成的。

因此，固体接触界面热阻是航天器热控技术中普遍存在，而又是必须解决的分析计算与制造实施问题。

它直接关系到热控组件的性能及航天器热控制的精度与可靠性。

由于它的复杂性与不确定性，给热控部件导热理论分析和热控设计带来困难和重要影响因此，减小和控制低温界面热阻是实现超导系统直接冷却的技术关键对于大型的发热量多的卫星或其他航天器，要设计套复杂的流体循环切换装置，即在卫星的各个部位和仪器上采用热收集器，收集的热量通过导管中液体的流动带到个热交换器上，再由热交换器把热量传到热辐射器，通过辐射器把热量辐射到空间。

上海第二工业大学本科毕业设计论文本课题研究范围及问题处理说明界面传热问题涉及面非常广。

首先，有物质不同形态之间界面传热问题，如有液体之间的界面传热，也有气体之间的界面传热，还有液体和气体液体和固体气体和固体之间的界面传热等。

其次，界面的连接情况十分复杂，从宏观角度涉及界面压力温度表面粗糙度材料特性等参数，从微观角度要考虑界面固体物质的声予平均自由程反射与散射角度等参数等。

因为知识储备，时间限制以及实验室的实验条件，本课题研究范围局限在固体之间的界面传热问题，并且主要是研究温度，压力这两个变量在界面传热中的实验数据。

并且对部分数据进行了近似处理，使问题研究简单化，使可行性提高，本课题抛砖引玉的意义比较大，后续研究者对实验进行算法优化和设备改善，会使该课题研究更具科研价值和现实意义。

在试验中，使用分别构造了步进电机闭环控制系统以及温度控制闭环系统，其中步进电机的调节使用了传统算法。

温度控制在仿真时，使用了控制，在实际实时仿真，考虑到研究的需要，只是构造了简单了闭环结构，使温控的精度并不是很高。

上海第二工业大学本科毕业设计论文固体界面传热测量系统硬件介绍系统结构组成本测量系统，由步进电机由步进电机驱动器驱动，电阻丝，温度传感器，压力传感器以及固定装置等组成。

该装置的结构图以及尺寸图见图。

图步进电机丝杆传力装置压力传感器工件工件紧固架支撑架固定套管顶盘上海第二工业大学本科毕业设计论文步进电机图常见步进电机外形步进电动机是种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。

图是种常见的步进电机的外形。

步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。

正常运动情况下，它每转周具有固定的步数做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。

图经典步进电机剖面图图是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。

电机的定子上有六上海第二工业大学本科毕业设计论文个均布的磁极，其夹角是，连成三相绕组。

转子上均布个小齿。

所以每个齿的齿距为，而定子每个磁极的极弧上也有个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。

由于定子和转子的小齿数目分别是和，其比值是分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。

若以相磁极小齿和转子的小齿对齐，那么相和相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之的齿距，即。

因此，极下的磁阻比磁极下的磁阻大。

若给相通电，相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩磁阻转矩的作用而转动，直到磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过此时磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之齿距。

接着停止对相绕组通电，而改为相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过。

依次类推，当三相绕组按顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动的规律步进式转动起来。

若改变通电顺序，按顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动的规律转动。

因为每瞬间只有相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。

单三拍运行时的步矩角为。

三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按顺序循环通电的方式，以及单双六拍运行，即按顺序循环通电的方式。

六拍运行时的步矩角将减小半。

反应式步进电动机的步距角可按下式计算式中，为转子齿数为定子相数为通电方式，单向轮流导通电，双向轮流通电方式，单，双向轮流通电方式。

量，将电脉冲信号转变成位移信号，即给个脉冲信号，步进电机就转动个角度。

步进电机内部各控制变量高度非线性且相互耦合，而传统控制是以精确数学模型为基础的，无法有效应对系统的不确定信息。

用不变的参数不可能达到较好的控制结果。

模糊控制不需要对象的精确数学模型，对系统变化不敏感，鲁棒性好，抗干扰性强。

但是由于它的模糊性，稳态精度不好。

对于这种情况，可以把模糊控制上海第二工业大学本科毕业设计论文和控制结合起来来完善这个步进电机伺服系统。

但是由于时间的原因，本毕业设计中暂不设计和使用模糊算法，希望后来者能够在控制算法上完善这系统。

温度控制系统的搭建及仿真实验中温度控制仿真系统的原理框图见图。

系统的传递函数为式中为过程时间常数，为调节系统总的放大倍数，为系统的纯滞后时间。

这三个值需要在实验中进行测定，在这里我们使用飞升曲线法。

控制器受控电流源加热器电阻丝温度传感器放大器给定图温度控制系统的原理框图经过试验，我们得出在实验条件下，为，为，为。

将参数设定好之后的框图见图。

图对模型进行仿真运行的记录。

图通过的温度控制仿真上海第二工业大学本科毕业设计论文图设定为时的阶跃响应我们所用的电阻丝加热器加热系统，具有纯滞后和大惯性的特点随着延迟时间的增大，控制系统滞后也相应增大，控制系统不能及时反映系统所受扰动。

误差控制调节器的作用也需要延迟定时间才能作用到被控制的对象，因此常规的算法不能很好的满足系统的静态和动态性能指标，在跟踪设定值与抑制扰动之间存在矛盾。

并且常规的控制，容易出现以时间常数为间隔的微弱震荡。

文献显示，采用预估结合算法，使延迟的被控制量提前反应到调节器，并使之动作，可以较好的满足温度控制系统的动态性能和稳态精度要求。

同样，由于时间原因以及所做实验的精度要求，这里使用常规的算法，希望后续研究者能够采取上述算法或者更好的方法，使温度控制系统更加完善。

系统软硬件的操作过程通过的命令窗口，在打开时，我们选择了此次实验的半实物仿真单板系统通过输入，打开的接口库，在里面我们选择实验所用的借口，其他部分利用前面用搭好的模型。

搭建好之后，打开，进行相应的设置，然后，点击即可将框图转为代码。

上海第二工业大学本科毕业设计论文图用接口替换原来的虚拟实物图成功后的窗口显示使用的软件可以方便的访问硬件中所运行的实时程序，进行信号和参数的读写。

使用，只要通过鼠标的操作就能够对信号进行可视化和分析，例如画出图形使用拖拉条对参数进行可视化操作。

上海第二工业大学本科毕业设计论文图进行设计页面图实验运行中的自动调整页面上海第二工业大学本科毕业设计论文图实际输出的矩形波图实际运行中的调制过程上海第二工业大学本科毕业设计论文数据采集处理及软件界面设计图数据采集点图软件界面设计在设计中选择四个测量点，并将温度调节曲线和压力调节曲线通过虚拟仪表中的绘图窗口实时曲线显示。

毕业设计总结本次毕业设计，通过两个多月的研究以及指导老师的点拨，已经告于段落。

此次毕设中最大的收获莫过于对新知识的吸收和应用，具体表现在几个仿真模型的建立以及运行。

期间走过不少的弯路，但是时间并没有浪费，比如我曾经用了两个星期自己设计了个铂电阻传感器，甚至曾想购买元件来自行制造出来，后来导师告诉我我们已经有了可以使用的产品，温度采集点温度采集点温度采集点温度采集点温度采集点压力采集点上海第二工业大学本科毕业设计论文不必自行制造我曾经花费了星期时间来对般常用的小型直流电机进行研究，研究它的传递函数以及控制方案，因为入门是件非常头痛而艰巨的事情，当我用自己搭载的模型向导师请教时，导师告诉我我们所用的是步进电机，而且从安全及现有条件的基础上，由步进电机驱动器进行驱动，我的方案已经偏离主题。

但上述经历让我懂得了很多的道理，无论是做事情还是做学问，比如，在进行件项目时，首先要查清楚我们所要使用的器件，以及别人能够提供给我们的设备和技术要求，而不是单纯的凭借经验和自己的主观意识。

当然，上述事例让我学到了更多地知识，虽然对于本次毕设没有很大帮助，但对于自己的知识储备却有很大的裨益。

本次毕业设计，收获还在于对仿真软件上的使用上，比如我在设计恒流源时，使用了这软件，通过仿真，可以在设计之时，购买元件之前，发现问题，并可以很方便的修改，避免了很多的弯路，而且可以让自己把精力放在电路以及算法的优化上。

在这里很感激这些软件的开发商，还有，难怪有说法是，使用这些工具是我们站在专家的基础上进行设计。

另外，关于此次设计上，存在几个有待改进的地方，在论文中我都有提及以及建议，在这里我再次罗列补充下，以方便读者或者后续的研究者进行改进时有更好的方向，首先是控制的算法，现在的热点和实用性的方案便是模糊控制，在毕设中我也曾经参考过这方面的资料，但是因为大部分的精力都放在了学习这先进平台的学习上，后期已经没有精力进行对算法进行优化。

其次便是实验装置的改进上，本来我的毕业设计是软件设计，但是实际操作中，发现我们的硬件有很大的提升空间，比如可以更改电机，因为步进电机本身的离散控制特点，所以将它作为伺服电机时，即使算法再好，控制的精度总会有些影响，其二是界面接触的金属并不是很容易拆卸和组装，可以从设计上进行修改，以方便我们可以很好的更换工件，让我们的研究不仅