硅微條探測器熱控電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及性能.pdf

1、本論文選題來自廣東省人民政府科技專項(xiàng)和科技部國際科技合作重點(diǎn)項(xiàng)目計(jì)劃(2003DF000050)資助的“阿爾法磁譜儀(Alpha MagneticSpectrometer，AMS)軌跡探測器熱控制系統(tǒng)(Tracker Thermal ControlSystem，TTCS)的研制”項(xiàng)目。第二代阿爾法磁譜儀項(xiàng)目是由著名美籍華裔科學(xué)家丁肇中教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)大型國際科研合作項(xiàng)目。其中硅微條軌跡探測器是阿爾法磁譜儀中的關(guān)鍵組件，對(duì)其進(jìn)行熱控制和熱傳

2、導(dǎo)是硅微條探測器熱控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的。由于太空環(huán)境的復(fù)雜性，空間軌道上熱參數(shù)在不斷地改變，如何在動(dòng)態(tài)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)硅微條探測器穩(wěn)定地控溫，不僅要求有一套精密的導(dǎo)熱組件作為硬件平臺(tái)，還要有穩(wěn)定的電子系統(tǒng)對(duì)這一平臺(tái)進(jìn)行綜合監(jiān)控和管理。 硅微條探測器熱控電子系統(tǒng)(Tracker Thermal Control systemElectronics，TTCE)的研制遵循“從上向下設(shè)計(jì)，自下往上綜合”的這一設(shè)計(jì)理念，首先規(guī)劃了監(jiān)控體系結(jié)構(gòu)和監(jiān)

3、控層次，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能分配和合理布局，對(duì)TTCE劃分為三個(gè)子板進(jìn)行分別設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，其中控制板(Tracker ThermalElectronic Control，TTEC)承擔(dān)著通信聯(lián)接、數(shù)據(jù)獲取、控制實(shí)現(xiàn)及自保護(hù)策略實(shí)施等關(guān)鍵任務(wù)，故文中重點(diǎn)對(duì)TTEC進(jìn)行了詳細(xì)研究和設(shè)計(jì)。 TTEC中整體設(shè)計(jì)采用“MCU+2FPGA”這一處理器架構(gòu)模型，并基于此而展開硬件設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)定義了AMS-TTCS-CAN應(yīng)用層協(xié)議，并給出了軟件重

4、注入技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法；固件設(shè)計(jì)中為解決多模塊多器件共訪外部存儲(chǔ)器存在的總線競爭問題，設(shè)計(jì)了總線仲裁器；通信設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)并基于固件實(shí)現(xiàn)了AMS-TTCS-CAN傳輸層；數(shù)據(jù)獲取給出了兩種溫度傳感器采集的固件實(shí)現(xiàn)，控制部分以PI和開關(guān)控制算法來滿足不同控制需求；并設(shè)計(jì)了多級(jí)自保護(hù)策略以確保系統(tǒng)工作安全。整體測試分別基于虛擬熱控回路和空間熱控回路原型件進(jìn)行。虛擬熱控回路的搭建采用虛擬傳感器與虛擬負(fù)載作為硬件平臺(tái)，以MODELICA/MATLAB為