一種輻射計溫控系統(tǒng)熱傳遞數(shù)學(xué)模型建立方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)擬合、溫控系統(tǒng)熱傳遞建模、自動化控制等技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及 輻射計溫控系統(tǒng)熱傳遞數(shù)學(xué)模型的建立方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 輻射計接收機作為輻射計系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其特性決定了輻射計的主要性能指 標(biāo)。輻射計的靈敏度主要決定于接收機的增益變化，而接收機增益的穩(wěn)定性主要受接收機 所處環(huán)境的溫度影響，為了獲得較高的靈敏度等指標(biāo)，保證接收機增益的穩(wěn)定性，保持接收 機工作時的溫度恒定是必要的。
[0003] 對于單加熱源的恒溫溫度控制技術(shù)已經(jīng)比較成熟，輻射計溫控系統(tǒng)中有兩個熱 源，熱源一為接收機模塊，接收機模塊在正常工作的過程中會持續(xù)產(chǎn)生恒定的熱量，不受溫 度控制系統(tǒng)影響，熱源二為加熱體，加熱體是溫度調(diào)制的主要模塊。由于接收機產(chǎn)生的恒定 熱量較大，且其發(fā)熱量不受溫控系統(tǒng)的影響，因此，在建立輻射計熱傳遞模型時，接收機和 加熱體不能當(dāng)成一個熱源來處理，且接收機對溫控系統(tǒng)的影響不能忽略，常用溫度控制模 型無法對輻射計溫控系統(tǒng)熱傳遞模型進行描述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明克服了輻射計溫控系統(tǒng)雙熱源加熱，單熱源調(diào)制的溫控系統(tǒng)熱傳遞數(shù)學(xué)模 型建立的問題，提供一種輻射計溫控系統(tǒng)熱傳遞模型的建立方法。
[0005] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案提供一種輻射計溫控系統(tǒng)熱傳遞數(shù)學(xué)模型的 建立方法，包括以下步驟：步驟A :分析輻射計溫控系統(tǒng)熱傳遞數(shù)學(xué)模型；步驟B :獲取建模 所需數(shù)據(jù)；步驟C :由數(shù)據(jù)建立接收機的溫度傳遞模型；步驟D :由數(shù)據(jù)建立接收機和加熱 體共同加熱的溫度傳遞模型。
[0006] 進一步，所述步驟A :分析輻射計溫控系統(tǒng)熱傳遞數(shù)學(xué)模型，具體包括：步驟Al :分 析接收機作為熱源時溫控系統(tǒng)的熱傳遞數(shù)學(xué)模型；步驟A2 :分析加熱體作為熱源時溫控系 統(tǒng)的熱傳遞數(shù)學(xué)模型；步驟A3 :分析接收機和加熱體共同作用下，溫控系統(tǒng)的熱傳遞數(shù)學(xué) 模型。
[0007] 進一步，在步驟Al中，具體包括：依據(jù)熱力學(xué)原理，求得溫控系統(tǒng)中接收機的發(fā)熱 量、溫控箱溫度、外界溫度等之間相互關(guān)系，求得溫控箱溫度和外界溫度的差值與接收機發(fā) 熱量的關(guān)系，對該關(guān)系進行拉普拉斯變換即可得接收機加熱時的傳遞函數(shù)。對該傳遞函數(shù) 的階躍響應(yīng)進行拉普拉斯反變換，可得其熱傳遞效果的數(shù)學(xué)模型。
[0008] 進一步，在步驟A2中，具體包括：依據(jù)熱力學(xué)原理，求得溫控系統(tǒng)中加熱體的發(fā)熱 量、溫控箱溫度、外界溫度等之間相互關(guān)系，求得溫控箱溫度和外界溫度的差值與加熱體發(fā) 熱量的關(guān)系，對該關(guān)系進行拉普拉斯變換即可得加熱體加熱時的傳遞函數(shù)。對該傳遞函數(shù) 的階躍響應(yīng)進行拉普拉斯反變換，可得其熱傳遞效果的數(shù)學(xué)模型。
[0009] 進一步，在步驟A3中，具體包括：依據(jù)接收機和加熱體的傳遞函數(shù)可知，輻射計系 統(tǒng)熱傳遞數(shù)學(xué)模型為兩者傳遞函數(shù)之和。
[0010] 進一步，所述步驟B :獲取建模所需數(shù)據(jù)。
[0011] 進一步，所述步驟C :由數(shù)據(jù)建立接收機的溫度傳遞數(shù)學(xué)模型，具體包括：步驟Cl : 確定溫度傳遞函數(shù)的延時常數(shù)τ 1;步驟C2 :確定系統(tǒng)增益K i和時間常數(shù)T 1<3
[0012] 進一步，在步驟Cl中，具體包括：依據(jù)溫控箱的溫度數(shù)據(jù)T11,求出溫度曲線T 11的 斜率，查找斜率的最大值，在斜率最大值處做該曲線的切線，該切線與X軸相交的值即為傳 遞函數(shù)的延時常數(shù)τ 1<3
[0013] 進一步，在步驟C2中，具體包括：取出T11中τ 的數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合 辨識，求的傳遞函數(shù)系統(tǒng)的增益K1及時間常數(shù)T 1<3
[0014] 進一步，所述步驟D :由數(shù)據(jù)確定加熱體的溫度傳遞數(shù)學(xué)模型，具體包括：步驟Dl : 確定溫度傳遞函數(shù)的延時常數(shù)τ 2;步驟D2 :確定系統(tǒng)增益K 2和時間常數(shù)T 2。
[0015] 進一步，在步驟Dl中，具體包括：依據(jù)溫控箱的溫度T21，求出溫度曲線T 21的斜率， 查找斜率的最大值，在斜率最大值處做該曲線的切線，該切線與X軸相交的值即為傳遞函 數(shù)的延時常數(shù)τ 2。
[0016] 進一步，在步驟D2中，具體包括：取出T21中τ 2后的數(shù)據(jù)，對該數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)擬合 辨識，求的傳遞函數(shù)的增益K2及時間常數(shù)T 2。
[0017] 利用該方法進行熱傳遞函數(shù)建模，能夠有效解決所處環(huán)境不同，對應(yīng)模型不同，而 采用同一 PID進行控制的弊端，同時，由于接收機不參與溫度調(diào)制，該建模方法能夠得出接 收機和加熱體單獨的熱傳遞函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，對調(diào)制系統(tǒng)的PID整定，系統(tǒng)仿真方面等提 供有效的模型依據(jù)，防止PID參數(shù)不合適導(dǎo)致的系統(tǒng)震蕩，為高精度溫控系統(tǒng)的穩(wěn)定提供 必要的依據(jù)。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明實施例的流程圖；
[0019] 圖2是本發(fā)明實施例的傳遞函數(shù)的單位階躍響應(yīng)的原理示意圖；
【具體實施方式】
[0020] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中問題，本發(fā)明提供了一種方法，本發(fā)明實施例的技術(shù)方案基 于溫度數(shù)據(jù)，對接收機和加熱體的熱傳遞數(shù)學(xué)模型進行擬合，利用該模型，為不同溫度環(huán)境 下PID參數(shù)的整定提供模型依據(jù)。以下結(jié)合附圖以及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說 明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不限定本發(fā)明。
[0021] 實施例1
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了輻射計溫控系統(tǒng)建模的方法，圖1是本發(fā)明實施例 的流程圖，以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明實施例的上述技術(shù)方案進行詳細說明。
[0023] 步驟Α，分析輻射計溫控系統(tǒng)熱傳遞數(shù)學(xué)模型。
[0024] 步驟A具體包括如下處理：
[0025] 設(shè)定
[0026] Qr--溫控系統(tǒng)接收機產(chǎn)生的熱量
[0027] Qt--溫控系統(tǒng)加熱體產(chǎn)生的熱量
[0028] T內(nèi)一一溫控系統(tǒng)內(nèi)部溫度
[0029] C--溫控系統(tǒng)內(nèi)部比熱
[0030] H--溫控系統(tǒng)熱傳遞系數(shù)
[0031] T外一一溫控系統(tǒng)外部溫度
[0032] Qm--溫控系統(tǒng)內(nèi)部傳遞給外部的熱量
[0033] Td--溫控系統(tǒng)內(nèi)部與外部的溫差
[0034] 對接收機加熱進行分析，可得：
[0035]
[0036] 用1表示經(jīng)整理可得
[0037]
[0038] 由于在數(shù)據(jù)采集過程中，外部溫度變化不大，因此可以近似為0,因此，經(jīng)過拉 dt 普拉斯變換后，該式整理可得
[0039]
[0040] 因此，接收機加熱時的傳遞函數(shù)為
[0041]
[0042] 考慮到系統(tǒng)延時L1，此系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型為
[0043]
[0044] 其中
[0045] K1--溫控系統(tǒng)接收機傳遞函數(shù)的增益