[發明專利]一種面向穩定加熱路線的自動最終加熱裝置及方法

在審

• 申請號: 201810822421.0
• 申請日: 2018-07-25
• 公開（公告）號: CN109185970A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 葉必卿;夏衛海;陳文慶
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: F24D19/10
• 分類號: F24D19/10
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

1.一種面向穩定加熱路線的自動最終加熱裝置，其特征在于：包括定位裝置、溫度測量裝置、協調控制系統和加熱裝置，所述定位裝置用于對人體進行定位，并將定位信息發送給協調控制系統；所述溫度測量裝置測量人體周圍環境溫度，將溫度信息傳給協調控制系統；所述協調控制系統接收到人的位置信息與溫度信息，協調控制系統根據人的位置信息控制需要工作的一個或者幾個加熱裝置運動到指定位置；溫度測量裝置實時測量人周圍環境溫度，將溫度信息發送給協調控制系統，協調控制系統根據當前溫度調整加熱裝置的工作功率；

定位裝置通過搭建舍內北斗系統，接入三個以上的基站作為接入點，基站布置在距離間隔較遠、高低不同的位置上，每個進入定位裝置覆蓋的區域的人員均需佩戴信號發射器，人員進入定位裝置覆蓋的區域后使用信號發射器持續發射測量信號，通過測量信號達到兩個接入點的時間差獲得人員的當前位置信息；

所述溫度測量裝置采用紅外輻射測溫法的非接觸測量法對目標環境溫度進行測量，將紅外溫度傳感器裝在既能在水平面上旋轉又能在鉛垂面上旋轉的全方位的云臺上，使用電機控制云臺轉動并在能旋轉的兩個方向上裝上編碼器，水平面上的編碼器能夠獲得紅外傳感器在水平面上的方向與正北的夾角，鉛垂面上的編碼器能夠獲得紅外傳感器的方向與鉛垂線之間的夾角，當需要調整紅外傳感器方向使其正對某個位置時，需要調整紅外傳感器的方向與鉛垂線之間的夾角和在水平面上的方向與正北的夾角，即控制電機使水平面和鉛垂面上的兩個編碼器的輸出達到一定值；

所述加熱裝置為紅外燈或熱風口，加熱裝置位置保持不變，根據需要，將n個加熱裝置布置在一定高度處，需要工作的加熱裝置執行加熱策略。

2.根據權利要求1所述的基于面向穩定加熱路線的自動最終加熱裝置，其特征在于：將整個區域分隔若干個子區域，多個加熱裝置負責加熱一個子區域，當子區域內人數多于加熱裝置時，系統控制系統按照人均所獲熱量相等，總能量最大的原則計算加熱裝置的位置；當子區域內人數少于或等于加熱裝置時，每人配置一個或多個加熱裝置，加熱裝置隨著人員的位置移動而移動。

3.一種面向穩定加熱路線的自動最終加熱方法，其特征在于：包括如下步驟：定位裝置實時對目標進行定位，將位置信息發送給協調控制系統；協調控制系統根據目標的位置信息控制需要工作的一個或者幾個加熱裝置運動到指定位置；溫度測量裝置實時測量目標周圍環境溫度，將溫度信息發送給協調控制系統；協調控制系統根據當前溫度調整加熱裝置的工作功率；

定位裝置通過搭建舍內北斗系統，接入三個以上的基站作為接入點，基站布置在距離間隔較遠、高低不同的位置上，每個進入定位裝置覆蓋的區域的人員均需佩戴信號發射器，人員進入定位裝置覆蓋的區域后使用信號發射器持續發射測量信號，通過測量信號達到兩個接入點的時間差獲得人員的當前位置信息；

所述溫度測量裝置采用紅外輻射測溫法的非接觸測量法對目標環境溫度進行測量，將紅外溫度傳感器裝在既能在水平面上旋轉又能在鉛垂面上旋轉的全方位的云臺上，使用電機控制云臺轉動并在能旋轉的兩個方向上裝上編碼器，水平面上的編碼器能夠獲得紅外傳感器在水平面上的方向與正北的夾角，鉛垂面上的編碼器能夠獲得紅外傳感器的方向與鉛垂線之間的夾角，當需要調整紅外傳感器方向使其正對某個位置時，需要調整紅外傳感器的方向與鉛垂線之間的夾角和在水平面上的方向與正北的夾角，即控制電機使水平面和鉛垂面上的兩個編碼器的輸出達到一定值；

所述加熱裝置為紅外燈或熱風口，加熱裝置位置保持不變，根據需要，將n個加熱裝置布置在一定高度處，需要工作的加熱裝置執行加熱策略；

當加熱裝置為紅外燈時，某點接收到的紅外燈輻射照度值q與該點到紅外燈軸線距離r和加熱電流I有關，某點處接收到的紅外燈輻射照度值：

q＝f(r,I)；

當加熱裝置為熱風口時，某點接收到的單位面積加熱功率P與該點到熱風口的距離l，出風速度v和出風溫度t有關，某點處接收的單位面積加熱功率：

p＝f(l,v,t)；

協調控制系統的作用是接收位置信息和溫度信息，制定控制策略控制相應的加熱裝置給目標供熱；當一個或多個目標處于加熱區域中時，需要使各個目標處的輻射照度值或單位面積加熱功率達到一定值；當有區域中有m個目標時，為了達到供熱要求，協調控制系統制定控制策略，并將控制策略傳給需要工作的加熱裝置；控制策略包括控制哪幾個加熱裝置工作和加熱裝置以多大的功率進行加熱；

具體的控制策略如下：

在存在多個加熱裝置時，具體加熱裝置的供熱數量及每個加熱裝置的供熱熱量的采用遺傳算法進行求解：假設有n個加熱裝置，編號為：1,L,n；每個加熱裝置的功率為O_i,其中,O_i>0：共有m個需要供熱的位置，編號為：1,L,m，第j個受熱源單位時間內需要提供的熱量為Q_j以維持或達到其需要的溫度t_j，加熱裝置i對受熱源j單位時間內可提供的熱量為P_ij；首先采用二進制編碼ch＝{x₁x₂L x_n}；個體選擇采用二元錦標賽法；可行個體的適應度值為不可行個體的適應度值為值越小個體越好；采用參數均勻交叉算法：即子體中的每個基因x_i以α的概率來自父體1，0.5<α<1，以1-α的概率來自父體2，假設父體1的適應度優于父體2的適應度；具體步驟如下：

Step1：設置初始參數，包括種群規模N，精英率p_e，遷徙率p_i，p_e+p_i<1；偏好率α；設置終止條件，令POP＝POP′＝Φ；

Step2：隨機生成N個個體并加入到POP，即種群初始化；

Step3：計算種群POP中個體的適應度值，選出前個個體直接復制到下一代POP′；

Step4：判斷POP′中是否已有個個體，如果沒有，則轉到Step5，否則，轉到Step6；

Step5：采用二元錦標賽法從POP選取兩個個體作為父體，然后采用參數均勻交叉算法產生一個子體，并加入到POP′中，轉到Step4；

Step6：隨機生成個個體加入到POP′中，令POP＝POP′，POP′＝Φ；

Step7：判斷是否滿足終止條件(迭代到設定的代數G或連續G′代最優個體沒有改進)，如果滿足則轉到Step8，否則轉到Step3；

Step8：計算種群POP中個體的適應度值，輸出適應度值最小的作為最優解；

其中，x_i是決策變量，0或1中0表示第i個加熱裝置關閉，開1表示第i個加熱裝置打開；j＝1,L,m和x_i＝0 or 1作為約束條件，其中為目標函數，即最小化總能耗、j＝1,L,m表示各個加熱源對受熱源提供的熱源要大于等于其需要量；和x_i＝0 or1表示決策變量的取值范圍。

4.根據權利要求1所述的面向穩定加熱路線的自動最終加熱方法，其特征在于：通過測量信號接收的時間差來定位的方式，根據測量信號達到的時間差，人員位于兩個接入點為焦點的雙曲線上，在確定人員位置時，至少需要采用第三個接入點，建立兩個雙曲線方程，兩個雙曲線方程的焦點即為該人員的而為坐標位置，通過額外的接入點進行授權修正，以獲得更好的定位精度。