二维转台作为空间相机地面模拟实验中实现大视场遥感成像获取的核心运动执行机构,其用于驱动空间相机实现水平和俯仰两个自由度的运动以获取不同方位的遥感图像。由于空间相机在轨工作温度低于100K,为保证二维转台内部光栅、电机、轴承等关键部件的工作性能,对二维转台关键部件进行热控设计尤为重要。本课题超低温真空下二维转台的热控设计方法研究,模拟空间低温真空环境,提出一种主被动复合的热控方案,利用Smith预估控制算法,实现了被控点±0.2℃的温度控制精度。具体研究内容如下:首先,分析现有热控方法,提出基于主被动复合的二维转台热控设计总体方案;基于热传导与热辐射理论,利用ANSYS分别对主被动热控方案进行二维转台温度场仿真,优化并确定加热功率等核心设计参数。其次,基于Smith预估、模糊PID和经典PID三种温度控制算法,对二维转台中温度敏感度最高部件圆光栅进行算法仿真,对比三种算法的阶跃响应和抗干扰特性,发现Smith预估控制算法超调量最小、控制时间最短且鲁棒性最强,故确定Smith预估算法作为温控系统的核心控制算法。再次,基于STM32单片机和C#软件平台实现下位机和上位机温控程序设计,主要包括温度采集单元和加热控制单元,可实现20路温度数据实时采集与60路加热片升温控制。最后,进行实验验证与分析。在低温(-100℃~-130℃)条件下,对温控对象进行温度控制性能测试,测得其温度控制精度±0.2℃,温度控制分辨力0.2℃。在室温(18.5℃)条件下,对二维转台光栅、水平读数头、水平电机以及支撑轴承等关键部件进行精确温度控制,实验表明室温下温度控制精度可达±0.2℃。满足设计要求。