● 摘要
航天器热控技术能够保证航天器内部结构和仪器设备处于所要求的温度范围内。尤其对于载人航天器，还必须保证密封舱内的航天员处于一个合适的温度、湿度条件和大气环境。早期小型无人航天器由于热负荷相对较小，多采用被动热控技术。通过合理的总装布局，选取不同热物理性能的材料，正确组织航天器内外的热交换过程，保证结构和仪器设备在各种运行工况下都不超出允许的温度范围。但对于载人航天器而言，其结构和功能复杂、设备分散、热负荷大，仅靠被动方式无法满足热控指标要求。现有的载人航天器都是采用被动式与主动式相结合的热控方法，通过冷却剂回路和各种热交换器、辐射器等，将密封舱内的热量带走。其冷却剂回路传递的热流密度大，传输距离远，调节灵活及时，控制精度较高，能在内外热负荷急剧变化的情况下，进行有效的调节。本文详细分析了航天器舱室主动热控系统的热物理模型，建立了系统的控制模型，并在Matlab/Simulink仿真平台下建立了系统的仿真模型。采用临界比例度法，为系统设计了增量式PID控制器，并对其控制效果进行了仿真研究。另外，以模糊控制理论为基础，结合该系统的特点，设计了模糊控制器，使得用一个控制器同时进行两个控制量的协调控制，并通过仿真研究与PID控制进行了对比。最后，为了进一步研究该系统，本文探讨了系统在Matlab/Simulink与FLUENT环境下进行协同仿真的方法，从而可以为控制系统设计提供更好、更准确的仿真环境。