大溫升率控溫技術研究

張順利，賈二院

(航空工業飛機強度研究所四室，陜西 西安 710065)

1 引 言

隨著高超聲速飛行器設計飛行速度大幅度提高，由氣動加熱產生的高溫熱環境變得越來越嚴酷。以6個馬赫數飛行的高超聲速飛行器，其前端天線罩錐部的瞬時熱流密度可超過1.2MW/m2，駐點溫度高達1200℃[1]。

在熱結構強度試驗中，需要對材料表面進行大溫升速率加熱，用來考核其熱學性能。針對大溫升速率的溫度控制采用常規的PID控制容易造成超調量大、溫度控制滯后甚至系統不穩定等一系列問題。本文采用PIF復合控制方法，即PIF閉環-基于給定溫度的開環控制，取得了較好的控制效果。

2 系統組成

基于熱結構試驗的需求，采用紅外輻射式瞬態氣動熱試驗模擬控制系統，動態地對高超聲速飛行器的熱試驗環境進行模擬。系統結構框圖如圖1所示，由石英燈紅外加熱器、溫度/熱流傳感器、信號調理器、模/數轉換器、控制計算機、數/模轉換器、可控硅調壓器等部分組成閉環試驗控制系統。目前，在用的可控硅調壓器的單臺輸出功率可達600kW，控制輸出電壓可高至400V，這些基本參數為大溫升率的熱結構試驗順利進行提供了必要條件。

3 控制策略

3.1 PIF復合控制的理論分析

采用石英燈輻射加熱方式的熱結構試驗應用較為廣泛，其溫度控制技術現已相當成熟，采用經典的PID控制方法就能獲得滿意的效果。大溫升速率溫度控制要求控制誤差在一定范圍內，其要求較高，可針對這種具體情況在PID控制的基礎上進行改進，即采用PIF復合控制方法，其控制過程如圖2所示?！?br>