[發明專利]一種利用傳遞函數修正量熱儀量熱過程延遲環節的方法

有效

• 申請號: 201810856810.5
• 申請日: 2018-07-31
• 公開（公告）號: CN109031942B
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 張劍波;李哲;滕冠興;葛昊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

1.一種利用傳遞函數修正量熱儀量熱過程延遲環節的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)任意選取一臺量熱儀和被測物體，將量熱儀量熱過程的延遲環節劃分為量熱儀量熱延遲環節和被測物體導熱延遲環節

2)獲取被測物體的離散儀器測量信號P_c(k)＝P_c(t_k)，其中k為非負整數，Δt為采樣間隔，且t_k＝kΔt；

3)獲取量熱儀量熱延遲環節傳遞函數G(s)；G(s)表達式如下：

其中，s為復數域的變量，P_c(s)為儀器測量信號P_c的拉普拉斯變換，N(s)為被測物體向量熱儀測量腔體散熱功率N的拉普拉斯變換；a_i、b_j為G(s)表達式中的系數；n為G(s)表達式中分母多項式的階數，m為G(s)表達式中分子多項式的階數；

4)利用量熱儀量熱延遲環節傳遞函數G(s)，采用以下三種方法中的任意一種計算被測物體向量熱儀測量腔體散熱功率的采樣序列N(k)：

方法一：根據量熱儀量熱過程延遲環節傳遞函數G(s)，有G(s)是真分式，取倒數后為假分式；假分式化為整式與真分式之和，即：

其中A_g為常系數，上式共有n-m+2項，每一項代表一個環節，相加代表這些環節是并聯的；

利用Z變換，將從s域變換到z域以用于離散信號的處理，即將P_c(k)從時域變換到z域，即P_c(z)＝Z(P_c(k))，根據計算得到被測物體向測量腔體散熱功率的Z變換N(z)；利用逆Z變換獲得被測物體向測量腔體散熱功率的采樣序列N(k)＝Z^-1(N(z))；

方法二：以儀器測量信號的采樣序列P_c(k)為輸入，利用時域方法經過中并聯的環節，輸出被測物體向測量腔體散熱功率的采樣序列N(k)；

方法三：將z域與時域方法的結合，計算被測物體向測量腔體散熱功率的采樣序列N(k)；

5)對被測物體的導熱特征時間進行判定：若被測物體的導熱特征時間τ小于設定的導熱特征時間閾值，則忽略被測物體導熱延遲環節，本次測量的被測物體真實產熱值采樣序列Q_v(k)＝N(k)，量熱儀量熱過程延遲環節修正完畢；否則繼續修正被測物體導熱延遲環節，進入步驟6)；其中，被測物體的導熱特征時間計算方法如下：

若被測物體是圓柱形時，導熱特征時間τ計算方法如下：

其中ρ是被測物體密度，C_p是被測物體比熱容，D_sample和D_sample，0分別是被測物體的外徑和內徑，H是被測物體的高度，k_r和k_z分別是被測物體的徑向導熱系數和軸向導熱系數；

若被測物體是方形時，導熱特征時間τ計算方法如下：

其中D、L和W分別是被測物體的厚度、長度和寬度，k_thr和k_in分別是被測物體的法向導熱系數和展向導熱系數；

6)獲取被測物體導熱延遲環節傳遞函數H(s)；H(s)的表達式如下：

其中，s為復數域的變量，Q_v(s)為被測物體產熱率的拉普拉斯變換，N(s)為被測物體向量熱儀測量腔體散熱功率的拉普拉斯變換；p_i、q_i為H(s)表達式中的系數，d為H(s)表達式中分母多項式的階數，e為H(s)表達式中分子多項式的階數；

7)利用被測物體導熱延遲環節傳遞函數H(s)，計算被測物體真實產熱值采樣序列Q_v(k)，量熱儀量熱過程延遲環節修正完畢；其中，計算被測物體真實產熱值采樣序列Q_v(k)，采用以下三種方法中的任意一種方法：

方法一：根據傳遞函數H(s)，有H(s)是真分式，分母多項式階數高于分子多項式階數，取倒數后為假分式，假分式化為整式與真分式之和，即：

其中B_h為常系數，上式共有e-d+2項，每一項代表一個環節，相加代表這些環節是并聯的；

利用Z變換，將從s域變換到z域以用于離散信號的處理，即將N(k)從時域變換到z域，即N(z)＝Z(N(k))，根據計算得到被測物體向測量腔體散熱功率的Z變換N(z)；利用逆Z變換獲得被測物體真實產熱值采樣序列Q_v(k)＝Z^-1(Q_v(z))；

方法二：將儀器測量信號的采樣序列N(k)為輸入，利用時域方法經過中并聯的環節，輸出被測物體真實產熱值采樣序列Q_v(k)；

方法三：將z域與時域方法的結合，計算被測物體真實產熱值采樣序列Q_v(k)。