[發(fā)明專利]用于空天飛機(jī)強(qiáng)度測試的熱試驗(yàn)中快時(shí)變熱載荷控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210631913.8
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114706295B
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王彬文;張佳斌;秦強(qiáng);賈二院
• 申請（專利權(quán)）人: 中國飛機(jī)強(qiáng)度研究所
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 北京棧橋知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11670
• 代理人: 胡穎

1.用于空天飛機(jī)強(qiáng)度測試的熱試驗(yàn)中快時(shí)變熱載荷控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、獲取熱載荷控制數(shù)據(jù)，對試驗(yàn)件進(jìn)行溫區(qū)劃分，并設(shè)計(jì)與溫區(qū)對應(yīng)的加熱器；

S2、從步驟S1熱載荷控制數(shù)據(jù)中提取曲線特征并設(shè)計(jì)標(biāo)定曲線后，采用試驗(yàn)片進(jìn)行標(biāo)定，并依據(jù)曲線特征和對應(yīng)控制器輸出電壓，建立曲線特征與控制器輸出電壓之間的關(guān)系；

S3、根據(jù)步驟S2的標(biāo)定曲線，確定比例前饋、微分前饋與PID控制參數(shù)結(jié)合的試驗(yàn)控制參數(shù)整定方式，

試驗(yàn)控制參數(shù)整定方式包括兩部分：一是由比例前饋、微分前饋相結(jié)合的方式組成的自整定模式，二是由PID控制參數(shù)組合的PID控制模式，控制器通過所述自整定模式與所述PID控制模式相結(jié)合達(dá)到熱載荷控制的目的，其中：

自整定模式具體包括以下步驟：

S3-1、設(shè)定比例前饋的計(jì)算公式、微分前饋的計(jì)算公式，具體包括以下內(nèi)容：

比例前饋的計(jì)算公式為：

微分前饋的計(jì)算公式為：

上式中，為比例前饋的計(jì)算輸出，為比例前饋系數(shù)，為熱載荷命令值，為熱載荷傳感器量程，為微分前饋的計(jì)算輸出，為微分前饋比例系數(shù)，為熱載荷命令值的微分，即熱載荷變化速率，

S3-2、將比例前饋系數(shù)作為固定參數(shù)，通過誤差值、誤差率對微分前饋比例系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，具體包括以下內(nèi)容：

S3-2-1、標(biāo)定數(shù)據(jù)最高熱載荷對應(yīng)的控制器輸出電壓和最大熱載荷變化率對應(yīng)的控制器輸出電壓，令，，其中，為比例前饋的計(jì)算輸出，為微分前饋的計(jì)算輸出，

S3-2-2、設(shè)定微分前饋?zhàn)畲笾档墓饺缦拢?/p>

上式中，為微分前饋系數(shù)最大值，為熱載荷命令值的最大變化速率，為最大熱載荷變化率對應(yīng)的控制器輸出電壓，為熱載荷傳感器量程，則微分前饋比例系數(shù)變化范圍為，

S3-2-3、設(shè)置誤差閾值，對微分前饋比例系數(shù)進(jìn)行整定：

當(dāng)誤差值的絕對值小于誤差閾值時(shí)，微分前饋比例系數(shù)保持不變，

當(dāng)誤差值的絕對值大于誤差閾值時(shí)，微分前饋比例系數(shù)的整定規(guī)律如下：

當(dāng)時(shí)，包括以下兩種微分前饋比例系數(shù)的整定方式：

當(dāng)誤差率時(shí)，的變化表達(dá)式為：

，

當(dāng)誤差率時(shí)，保持不變，的變化表達(dá)式為：

，

當(dāng)時(shí)，包括以下兩種微分前饋比例系數(shù)的整定方式：

當(dāng)誤差率時(shí)，保持不變，的變化表達(dá)式為：

，

當(dāng)誤差率時(shí)，的變化表達(dá)式為：

，

上式中，為微分前饋比例系數(shù)，為上一周期的微分前饋系數(shù)，為變化速率系數(shù)，為控制頻率，為誤差值，為誤差率，為誤差閾值；

S4、通過模擬試驗(yàn)驗(yàn)證試驗(yàn)控制參數(shù)整定方式

采用試驗(yàn)片進(jìn)行模擬試驗(yàn)，模擬試驗(yàn)的參數(shù)采用步驟S3得到的試驗(yàn)控制參數(shù)整定方式進(jìn)行整定，并通過模擬試驗(yàn)對試驗(yàn)控制參數(shù)整定方式中微分前饋系數(shù)最大值、變化速率系數(shù)進(jìn)行修正，得到驗(yàn)證后的試驗(yàn)控制參數(shù)整定方式；

S5、進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)

采用步驟S4驗(yàn)證后的試驗(yàn)控制參數(shù)整定方式對試驗(yàn)件進(jìn)行正式的飛機(jī)結(jié)構(gòu)熱試驗(yàn)。

2.如權(quán)利要求1所述的用于空天飛機(jī)強(qiáng)度測試的熱試驗(yàn)中快時(shí)變熱載荷控制方法，其特征在于，所述步驟S1中熱載荷控制數(shù)據(jù)包括：溫度和熱流密度。

3.如權(quán)利要求1所述的用于空天飛機(jī)強(qiáng)度測試的熱試驗(yàn)中快時(shí)變熱載荷控制方法，其特征在于，所述步驟S2中曲線特征包括：最大熱載荷變化率、最高熱載荷。

4.如權(quán)利要求1所述的用于空天飛機(jī)強(qiáng)度測試的熱試驗(yàn)中快時(shí)變熱載荷控制方法，其特征在于，所述步驟S2中標(biāo)定曲線采用與溫區(qū)對應(yīng)的加熱器進(jìn)行標(biāo)定。

5.如權(quán)利要求1所述的用于空天飛機(jī)強(qiáng)度測試的熱試驗(yàn)中快時(shí)變熱載荷控制方法，其特征在于，所述步驟S3中，所述PID控制模式具體包括以下內(nèi)容：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對PID控制參數(shù)進(jìn)行初始參數(shù)設(shè)置，PID控制包括：比例，積分，微分，在此基礎(chǔ)上，PID計(jì)算輸出電壓須滿足以下公式：

上式中，為PID計(jì)算輸出電壓，為比例，為積分，為微分，為誤差值，為誤差率，為熱載荷傳感器量程，為控制頻率。