[發(fā)明專利]一種基于微分方程的溫度場測控系統(tǒng)及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010431867.8
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111580580B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高家騏;魯曉軍
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: G05D23/22
• 分類號: G05D23/22
• 代理公司: 南京泰普專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32360
• 代理人: 張磊

1.一種基于微分方程的溫度場測控系統(tǒng)，為了實現(xiàn)對每個熱源進行控制，并對固定位置處的溫度進行檢測，其特征在于，包括：

呈矩陣分布的若干個控制單元，用于同時連接位于同列的控制單元的多個控制器；

其中，以其中一列的控制單元和控制器為單位，還包括，設(shè)置在相鄰控制單元之間的若干個測量單元，所述測量單元同時與橫向相鄰的控制器相連接；所述控制器通過網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)器相連；

所述控制單元一一對應(yīng)于熱源，確保每個熱源都有相互對應(yīng)的控制單元；所述控制器用于實現(xiàn)與服務(wù)器的通信功能、現(xiàn)場控制策略執(zhí)行功能和計算功能，所述測量單元和所述控制單元分別用于完成現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集和熱源控制，所述服務(wù)器用于完成數(shù)據(jù)存儲、分析和計算；

所述控制單元具體為電磁閥，所述測量單元具體為溫度探測器；

所述的基于微分方程的溫度場測控系統(tǒng)的控制方法，具體包括以下流程：

步驟一、系統(tǒng)初始化：控制單元、檢測單元和控制器的初始化，并與服務(wù)器建立連接，服務(wù)器會下發(fā)控制系統(tǒng)運行所需的各種參數(shù)，目標溫度、控制周期；

步驟二、周期查詢和計算流程：控制器會對本行測量單元進行查詢，并通過網(wǎng)絡(luò)查詢臨近行測量單元的數(shù)值，數(shù)據(jù)查詢完畢后進行計算，計算內(nèi)容包括：計算得到當前節(jié)點的火源以及周圍節(jié)點的熱輻射對節(jié)點溫度的影響；與目標溫度比較，變分法計算得熱源系數(shù)B，并得到應(yīng)有的熱量Q；

然后進入控制流程，最后將測量和控制數(shù)據(jù)上報服務(wù)器；

步驟三、周期控制流程：控制系統(tǒng)根據(jù)計算得到的應(yīng)有的熱量Q對熱源進行控制，進而調(diào)控每個控制單元的電磁閥時間。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微分方程的溫度場測控系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述步驟二中的熱源系數(shù)B的計算具體如下：

根據(jù)熱傳導(dǎo)定律，某點溫度的變化速度與周圍的溫度梯度成正比，熱量同時有流入和流出，流入就升溫，流出就降溫，所以在一定測溫周期內(nèi)，某測量點獲得溫度為：

其中u₊為高溫點的溫度，u_-為低溫點溫度，熱量從高溫點流入，并流向低溫點，所以環(huán)境既有升溫也有降溫的影響，公式(8)中為綜合計算，結(jié)果為正表明會升溫，結(jié)果為負表明會降溫；

測量點的溫度u_i最終由火源加熱溫度u_Ii和環(huán)境熱傳導(dǎo)溫度u_IIi疊加決定；

設(shè)測量點i的預(yù)期溫度為其與實際溫度的差值為：

其中

設(shè)誤差函數(shù)為：如果使誤差函數(shù)最小，可利用變分法，對其展開后的每個控制量求導(dǎo)并使其等于0；

可得n個方程，整理可得矩陣：

m_ij＝g_ij，i≠j

記

B＝[b₁ b₂ b₃ … b_n]^T

利用矩陣求逆，可解的

其中，n表示熱源的個數(shù)，m用來指代中間的運算結(jié)果。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于微分方程的溫度場測控系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，設(shè)定Qs為熱源能夠輸出的最大熱量，如果計算得到的熱量Q大于能夠提供的熱量Qs，則按照能最大提供熱量進行。