硅微條探測器熱控電子系統(tǒng)設計、實現(xiàn)及性能.pdf

1、本論文選題來自廣東省人民政府科技專項和科技部國際科技合作重點項目計劃(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”項目。第二代阿爾法磁譜儀項目是由著名美籍華裔科學家丁肇中教授領導的一個大型國際科研合作項目。其中硅微條軌跡探測器是阿爾法磁譜儀中的關鍵組件，對其進行熱控制和熱傳

2、導是硅微條探測器熱控制系統(tǒng)的設計目的。由于太空環(huán)境的復雜性，空間軌道上熱參數(shù)在不斷地改變，如何在動態(tài)環(huán)境下實現(xiàn)對硅微條探測器穩(wěn)定地控溫，不僅要求有一套精密的導熱組件作為硬件平臺，還要有穩(wěn)定的電子系統(tǒng)對這一平臺進行綜合監(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“從上向下設計，自下往上綜合”的這一設計理念，首先規(guī)劃了監(jiān)控體系結構和監(jiān)

3、控層次，并對系統(tǒng)進行功能分配和合理布局，對TTCE劃分為三個子板進行分別設計與實現(xiàn)，其中控制板(Tracker ThermalElectronic Control，TTEC)承擔著通信聯(lián)接、數(shù)據(jù)獲取、控制實現(xiàn)及自保護策略實施等關鍵任務，故文中重點對TTEC進行了詳細研究和設計。 TTEC中整體設計采用“MCU+2FPGA”這一處理器架構模型，并基于此而展開硬件設計；軟件設計定義了AMS-TTCS-CAN應用層協(xié)議，并給出了軟件重

4、注入技術的實現(xiàn)方法；固件設計中為解決多模塊多器件共訪外部存儲器存在的總線競爭問題，設計了總線仲裁器；通信設計中設計并基于固件實現(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現(xiàn)，控制部分以PI和開關控制算法來滿足不同控制需求；并設計了多級自保護策略以確保系統(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行。虛擬熱控回路的搭建采用虛擬傳感器與虛擬負載作為硬件平臺，以MODELICA/MATLAB為