一种辐射计温控系统热传递数学模型建立方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数据拟合、温控系统热传递建模、自动化控制等技术领域，特别是涉及 辐射计温控系统热传递数学模型的建立方法。
【背景技术】
[0002] 辐射计接收机作为辐射计系统的关键部件，其特性决定了辐射计的主要性能指 标。辐射计的灵敏度主要决定于接收机的增益变化，而接收机增益的稳定性主要受接收机 所处环境的温度影响，为了获得较高的灵敏度等指标，保证接收机增益的稳定性，保持接收 机工作时的温度恒定是必要的。
[0003] 对于单加热源的恒温温度控制技术已经比较成熟，辐射计温控系统中有两个热 源，热源一为接收机模块，接收机模块在正常工作的过程中会持续产生恒定的热量，不受温 度控制系统影响，热源二为加热体，加热体是温度调制的主要模块。由于接收机产生的恒定 热量较大，且其发热量不受温控系统的影响，因此，在建立辐射计热传递模型时，接收机和 加热体不能当成一个热源来处理，且接收机对温控系统的影响不能忽略，常用温度控制模 型无法对辐射计温控系统热传递模型进行描述。
【发明内容】
[0004] 本发明克服了辐射计温控系统双热源加热，单热源调制的温控系统热传递数学模 型建立的问题，提供一种辐射计温控系统热传递模型的建立方法。
[0005] 为达到上述目的，本发明的技术方案提供一种辐射计温控系统热传递数学模型的 建立方法，包括以下步骤：步骤A :分析辐射计温控系统热传递数学模型；步骤B :获取建模 所需数据；步骤C :由数据建立接收机的温度传递模型；步骤D :由数据建立接收机和加热 体共同加热的温度传递模型。
[0006] 进一步，所述步骤A :分析辐射计温控系统热传递数学模型，具体包括：步骤Al :分 析接收机作为热源时温控系统的热传递数学模型；步骤A2 :分析加热体作为热源时温控系 统的热传递数学模型；步骤A3 :分析接收机和加热体共同作用下，温控系统的热传递数学 模型。
[0007] 进一步，在步骤Al中，具体包括：依据热力学原理，求得温控系统中接收机的发热 量、温控箱温度、外界温度等之间相互关系，求得温控箱温度和外界温度的差值与接收机发 热量的关系，对该关系进行拉普拉斯变换即可得接收机加热时的传递函数。对该传递函数 的阶跃响应进行拉普拉斯反变换，可得其热传递效果的数学模型。
[0008] 进一步，在步骤A2中，具体包括：依据热力学原理，求得温控系统中加热体的发热 量、温控箱温度、外界温度等之间相互关系，求得温控箱温度和外界温度的差值与加热体发 热量的关系，对该关系进行拉普拉斯变换即可得加热体加热时的传递函数。对该传递函数 的阶跃响应进行拉普拉斯反变换，可得其热传递效果的数学模型。
[0009] 进一步，在步骤A3中，具体包括：依据接收机和加热体的传递函数可知，辐射计系 统热传递数学模型为两者传递函数之和。
[0010] 进一步，所述步骤B :获取建模所需数据。
[0011] 进一步，所述步骤C :由数据建立接收机的温度传递数学模型，具体包括：步骤Cl : 确定温度传递函数的延时常数τ 1;步骤C2 :确定系统增益K i和时间常数T 1<3
[0012] 进一步，在步骤Cl中，具体包括：依据温控箱的温度数据T11,求出温度曲线T 11的 斜率，查找斜率的最大值，在斜率最大值处做该曲线的切线，该切线与X轴相交的值即为传 递函数的延时常数τ 1<3
[0013] 进一步，在步骤C2中，具体包括：取出T11中τ 的数据，对该数据进行数据拟合 辨识，求的传递函数系统的增益K1及时间常数T 1<3
[0014] 进一步，所述步骤D :由数据确定加热体的温度传递数学模型，具体包括：步骤Dl : 确定温度传递函数的延时常数τ 2;步骤D2 :确定系统增益K 2和时间常数T 2。
[0015] 进一步，在步骤Dl中，具体包括：依据温控箱的温度T21，求出温度曲线T 21的斜率， 查找斜率的最大值，在斜率最大值处做该曲线的切线，该切线与X轴相交的值即为传递函 数的延时常数τ 2。
[0016] 进一步，在步骤D2中，具体包括：取出T21中τ 2后的数据，对该数据进行数据拟合 辨识，求的传递函数的增益K2及时间常数T 2。
[0017] 利用该方法进行热传递函数建模，能够有效解决所处环境不同，对应模型不同，而 采用同一 PID进行控制的弊端，同时，由于接收机不参与温度调制，该建模方法能够得出接 收机和加热体单独的热传递函数的数学模型，对调制系统的PID整定，系统仿真方面等提 供有效的模型依据，防止PID参数不合适导致的系统震荡，为高精度温控系统的稳定提供 必要的依据。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明实施例的流程图；
[0019] 图2是本发明实施例的传递函数的单位阶跃响应的原理示意图；
【具体实施方式】
[0020] 为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种方法，本发明实施例的技术方案基 于温度数据，对接收机和加热体的热传递数学模型进行拟合，利用该模型，为不同温度环境 下PID参数的整定提供模型依据。以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说 明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
[0021] 实施例1
[0022] 根据本发明的实施例，提供了辐射计温控系统建模的方法，图1是本发明实施例 的流程图，以下结合附图，对本发明实施例的上述技术方案进行详细说明。
[0023] 步骤Α，分析辐射计温控系统热传递数学模型。
[0024] 步骤A具体包括如下处理：
[0025] 设定
[0026] Qr--温控系统接收机产生的热量
[0027] Qt--温控系统加热体产生的热量
[0028] T内一一温控系统内部温度
[0029] C--温控系统内部比热
[0030] H--温控系统热传递系数
[0031] T外一一温控系统外部温度
[0032] Qm--温控系统内部传递给外部的热量
[0033] Td--温控系统内部与外部的温差
[0034] 对接收机加热进行分析，可得：
[0035]
[0036] 用1表示经整理可得
[0037]
[0038] 由于在数据采集过程中，外部温度变化不大，因此可以近似为0,因此，经过拉 dt 普拉斯变换后，该式整理可得
[0039]
[0040] 因此，接收机加热时的传递函数为
[0041]
[0042] 考虑到系统延时L1，此系统的传递函数模型为
[0043]
[0044] 其中
[0045] K1--温控系统接收机传递函数的增益