[發明專利]一種基于微分方程的溫度場測控系統及其方法

有效

• 申請號: 202010431867.8
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111580580B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 高家騏;魯曉軍
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 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，為了實現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；所述控制器通過網絡與服務器相連；

所述控制單元一一對應于熱源，確保每個熱源都有相互對應的控制單元；所述控制器用于實現與服務器的通信功能、現場控制策略執行功能和計算功能，所述測量單元和所述控制單元分別用于完成現場的數據采集和熱源控制，所述服務器用于完成數據存儲、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的控制方法，具體包括以下流程：

步驟一、系統初始化：控制單元、檢測單元和控制器的初始化，并與服務器建立連接，服務器會下發控制系統運行所需的各種參數，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，并通過網絡查詢臨近行測量單元的數值，數據查詢完畢后進行計算，計算內容包括：計算得到當前節點的火源以及周圍節點的熱輻射對節點溫度的影響；與目標溫度比較，變分法計算得熱源系數B，并得到應有的熱量Q；

然后進入控制流程，最后將測量和控制數據上報服務器；

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

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

根據熱傳導定律，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，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，所以環境既有升溫也有降溫的影響，公式(8)中為綜合計算，結果為正表明會升溫，結果為負表明會降溫；

測量點的溫度u_i最終由火源加熱溫度u_Ii和環境熱傳導溫度u_IIi疊加決定；

設測量點i的預期溫度為其與實際溫度的差值為：

其中

設誤差函數為：如果使誤差函數最小，可利用變分法，對其展開后的每個控制量求導并使其等于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，m用來指代中間的運算結果。

3.根據權利要求1所述的一種基于微分方程的溫度場測控系統的控制方法，其特征在于，設定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。