[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

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• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111580580B
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種基于微分方程的溫度場測控系統(tǒng)及其方法，屬于溫度場測控系統(tǒng)的技術領域。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(wǎng)絡與服務器相連。本發(fā)明采用陣列式加熱點控制，使得溫度可以按照實際的應用場景實現(xiàn)理想分布；根據(jù)溫度場和實際工況，動態(tài)調(diào)整電磁閥的開關時間，實現(xiàn)能耗性能優(yōu)化以及溫度場的動態(tài)穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明屬于溫度場測控系統(tǒng)的技術領域，特別涉及一種基于微分方程的溫度場測控系統(tǒng)及其方法。

背景技術

在冶金，化工等領域中，經(jīng)常會遇到對工件進行加熱的操作，典型的場景是用燃料或電力進行加熱，在PLC等控制器的控制下，對受控的熱源進行控制，進而保持工件在恒溫條件下產(chǎn)生相應的物理化學反應。

傳統(tǒng)的單元控制如PLC控制，只對單個熱源進行控制，缺乏多個熱源的協(xié)調(diào)配合，同時多熱源有需要進行相對復雜的運算，以及大量網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的交互，難度很大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決上述背景技術中存在的技術問題，提供一種基于基于微分方程的可控熱源陣列來實現(xiàn)特定溫度場的系統(tǒng)設計方法，針對理想的溫度場分布，通過控制熱源輸出的熱量來保持溫度場的穩(wěn)定。

本發(fā)明采用以下技術方案：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排的控制單元的多個控制器；

其中，以其中一排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(wǎng)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(xiàn)與服務器的通信功能、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，所述服務器用于完成數(shù)據(jù)存儲、分析和計算。

在進一步的實施例中，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。

一種使用如上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，并與服務器建立連接，服務器會下發(fā)控制系統(tǒng)運行所需的各種參數(shù)，如目標溫度、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，并得到應有的熱量Q；

然后進入控制流程，最后將測量和控制等數(shù)據(jù)上報服務器；

步驟三、周期控制流程：控制系統(tǒng)根據(jù)計算得到的應提供熱量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。

在進一步的實施例中，所述步驟二中的熱量貢獻的計算具體如下：

建立模型：

其中：f(r,t)＝∑b_n(t)δ(r-r_n)為熱源函數(shù)，這里用r＝r(x,y,z)來表示空間每點的坐標，δ(r-r_n)為點源函數(shù)，b_n(t)為該熱源能提供的熱量系數(shù)，t為時間點，a為常數(shù)系數(shù)，表述如下：其中k是導熱系數(shù),c為比熱容，ρ為密度；

其邊界條件為：