本发明涉及人工智能领域,具体而言,本发明涉及一种利用石墨烯加热膜为加热元件,利用极限学习机作为分类模型,机器学习为基础的的预测型防除冰的方法。
背景技术:
不论在航空还是风力发电或者其他工程领域,结冰这一现象都会对设备正常运行产生极大影响,可能会造成效率降低,甚至造成安全事故,造成一定伤害。就飞行方面,飞机机翼结冰会降低飞机飞行性能,改变飞行特性,增加飞机重量,影响相关系统正常运行,脱落的冰层还有可能随着气流吹向飞机的尾翼,破坏机体结构,造成尾翼前缘损坏。当前的电加热除冰系统一般采用周期性加热或持续性加热,飞机结冰传感器感受结冰电信号后,自动接通或断开电源系统,但此类方法做不到准确实时除冰,最终导致冰层未能及时清除,而且持续性加热能耗大,消耗资源,效率低下。技术实现要素:为了解决飞行设备除冰能耗大的问题,本发明提供一种能够预防设备结冰现象发生,即使结冰发生也能在最短时间内将积冰消除,提高除冰效率,保障设备安全,同时又能达到节能效果,减少损耗的利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法。为实现上述目的,本发明提供一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法,其包括如下步骤:将获取的当前环境参数信息输入至结冰预测系统中得到下一飞行状态下的预测温度区间,所述结冰预测系统基于历史飞行的环境参数数据建立;判断飞行设备是否有结冰出现,若是,则根据预设冰层类型开启加热组件加热所述飞行设备;若否,则判断所述预测温度区间是否在预设的结冰阈值内,若是,则通过加热组件加热所述飞行设备;监测所述飞行设备在下一飞行状态时是否出现冰层,若是,则调节加热组件的加热功率以使所述飞行设备的积冰消除。优选地,所述根据预设冰层类型开启加热组件加热所述飞行设备包括如下步骤:为冰层类型配置不同的加热功率;判断所述结冰所属的冰层类型,根据确定的所述冰层类型采用预置的加热功率加热所述飞行设备。优选地,所述环境参数包括飞行时间、飞行高度、飞行温度、风速的一个或者多个。优选地,所述利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法还包括:获取飞行设备上加热温度;判断所述加热温度是否超过预设阈值,若是,则降低加热组件的加热功率。优选地,所述结冰预测系统基于历史飞行的环境参数数据建立为按照逐步回归分析方法并基于历史飞行的环境参数数据建立。优选地,所述按照逐步回归分析方法并基于历史飞行的环境参数数据建立包括如下步骤:所述环境参数数据包括飞行时间、飞行高度、飞行温度、风速的一个或者多个自变量,对所述自变量做显著性检验,并将显著性最高的自变量作为第一自变量引入回归方程;在所述第一自变量的基础上,继续将其他自变量引入回归方程直至剩余自变量的回归系数为零,这样就建立了结冰预测系统。优选地,所述加热组件包括石墨烯加热膜,所述石墨烯加热膜嵌入在所述飞行设备的基层与蒙皮之间。优选地,所述加热组件还包括绝热层,所述绝热层设置在所述石墨烯加热膜与所述基层之间。与现有技术相比,本发明一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法具有如下有益效果:本发明一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法通过结冰预测系统预测下一飞行状态下的温度区间进而调整加热组件,在防止飞行设备的结冰的问题时还避免了周期性加热或者持续性加热的能源消耗大的问题。同时,本发明还通过监测冰层以及加热温度,实现了对于飞行设备的加热的良好控制。本发明一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法采用石墨烯材料的极高导热率性能以及其高强度以及超薄性能优势,能够紧密嵌入在飞行设备蒙皮等部件上,保证受热均匀,减小受热厚度,可以大大提高除冰效果。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,这些将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。附图说明本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:图1为本发明实施例一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的应用场景示意图;;图2为本发明实施例一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法的流程示意图;图3为本发明实施例一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法的石墨烯膜嵌入基层与蒙皮之间的结构示意图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。请参阅图1,本发明实施例一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法其应用于如图1所示的飞行设备防除冰加热系统中,如图1所示该飞行设备防除冰加热系统包括设置在飞行设备上的采集环境参数的传感器、与传感器连接的用于将采集的环境信息转换为电信号的信号转换器、用于判断结冰类型的冰层类型检测系统、用于预测下一飞行状态温度信息的且与冰层类型检测系统连接的结冰预测系统、用于给飞行设备加热的加热组件、与结冰预测系统连接的加热控制器、用于修正加热控制器工作状态的修正控制器、用于防止过加热的过热控制器,其中,修正控制器、过热控制器以及冰层类型检测系统分别与信号转换器连接。在实际中,飞机在飞行过程中,传感器不断监测数据,通过信号转换器将各种不同形式信号转为电信号形式,并输入结冰预测系统,预测出飞机机翼等易结冰部位在下一阶段将面临的空间温度,启动加热控制器控制加热组件对飞机机翼等部位进行加热。同时,传感器信号一直传递给修正控制器,比如光纤传感器监测机翼是否会有冰层出现,当出现冰层,则表明结冰预测系统控制的加热组件加热功率不足,作为修正调整,修正控制器会调节加热组件工作功率,消除积冰。过热控制器是过热保护控制器,当机翼等部位温度过高,传感器温度信号传输到过热控制器后,则会控制加热组件加热功率,防止因高温而变形。在一些实施方式中,加热控制器、修正控制器以及过热控制器均为单片机模块,其主控芯片型号为stm32f103zet6。请参阅图2,下面以本发明实施例一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法应用于如图1所示的飞行设备防除冰加热系统为例进行解释说明,该利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法包括如下步骤:步骤s1:将获取的当前环境参数信息输入至结冰预测系统中得到下一飞行状态下的预测温度区间,所述结冰预测系统基于历史飞行的环境参数数据建立。在一些实施方式中,结冰预测系统基于历史飞行的环境参数数据建立为按照逐步回归等分析方法并基于历史飞行的环境参数数据建立,其具体包括如下步骤:环境参数数据包括飞行时间、飞行高度、飞行温度、风速的一个或者多个自变量,对自变量做显著性检验,并将显著性最高的自变量作为第一自变量引入回归方程;在第一自变量的基础上,继续将其他自变量引入回归方程直至剩余自变量的回归系数为零,这样就建立了结冰预测系统。为了便于理解该结冰预测系统建立过程下面提供一种逐步回归分析方法示例步骤,其中,考虑到引入自变量的步骤基本相同,下面仅以第一自变量引入为例进行说明解释。具体地,假设影响因子,也即自变量为四个,分别为x1、x2、x3以及x4,其可以对应于飞行时间、飞行高度、飞行温度以及风速,所采用的历史环境参数有n组,同时,考虑到描述方便,此处还省略了相关具体数据,并假设引入的第一自变量为x4,具体见表一之历史环境参数数据表:表一历史环境参数数据表编号飞行时间(x1)飞行高度(x2)飞行温度(x3)风速(x4)回归方程(y)1*****2*****3*****4*****....................................n*****首先,对四个自变量,按下面公式计算偏回归平方和其中,t-变换步数,此处取t为1。通过计算,比较四个μi,可得知哪个因子的偏回归值最大,即该值对y的回归贡献最大,于是优先考虑选入该自变量,也即x4;其次,对引入因素的显著性检验,考虑引入的第一自变量是x4,则统计量计算如下:在一些实施方式中,当f4(1)>f0.05(1,n-2),表明引入的因子x4对回归方程的贡献是显著的,应将x4引入回归方程;再次,矩阵r(0)的高斯-亚当变换以x4为主元进行矩阵变换,变换公式如下a.非主元所在行、列k-第k个因子刚刚入选b.主元所在行(除主元)c.主元所在列(除主元)d.主元变换过程要求按a→d顺序进行。记变换后的矩阵为r(1),(t=1);最后,x4引入回归方程后的结果;标准回归系数,也即利用标准化数据求得的回归系数,为:回归方程的标准形式即可得出,其次剩余平方和其中,l=1,表明方程只引入一个变量一般回归系数为:常数项为:回归方程的一般形式为:值得注意的是,上面仅仅是一个自变量的引入,引入其他变量为在第一自变量的基础上,继续将其他自变量引入回归方程,如果剩余自变量的回归系数为零,这样就标识结冰预测系统建立了,因此不再赘述。步骤s2:判断飞行设备是否有结冰出现,若是,则根据预设冰层类型开启加热组件加热所述飞行设备;若否,则判断所述预测温度区间是否在预设的结冰阈值内,若是,则通过加热组件加热所述飞行设备。在一些实施方式中,根据预设冰层类型开启加热组件加热飞行设备包括如下步骤:为冰层类型配置不同的加热功率;判断结冰所属的冰层类型,根据确定的冰层类型采用预置的加热功率加热飞行设备。示例地,冰层类型包括雾凇、霜以及按照预设冰层厚度划分的多个冰层。步骤s3:监测所述飞行设备在下一飞行状态时是否出现冰层,若是,则调节所述加热组件的加热功率以使所述飞行设备的积冰消除。详细地,监测飞行设备在下一飞行状态时是否出现冰层为通过光纤传感器监测。在一些实施方式中,利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法还包括:获取飞行设备上加热温度;判断加热温度是否超过预设阈值,若是,则降低加热组件的加热功率。具体地,获取飞行设备上的加热温度为通过温度传感器获得。应当理解的是,步骤s2、步骤s3以及降低加热组件的加热功率的步骤分别对应于如图1所示的与结冰预测系统连接的加热控制器、用于修正加热控制器工作状态的修正控制器、用于防止过加热的过热控制器。请参阅图3,优选地,加热组件包括石墨烯加热膜,该石墨烯加热膜嵌入在飞行设备的基层与蒙皮之间。为了防止热量向基层传导以及提高加热的效率,加热组件还包括绝热层,该绝热层设置在石墨烯加热膜与基层之间。与现有技术相比,本发明一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法具有如下有益效果:本发明一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法通过结冰预测系统预测下一飞行状态下的温度区间进而调整加热组件,在防止飞行设备的结冰的问题的同时还避免了周期性加热或者持续性加热的能源消耗大的问题。同时,本发明还通过监测冰层以及加热温度,实现了对于飞行设备的除冰过程的良好控制。本发明一种利用石墨烯加热膜的预测型防除冰的方法采用石墨烯材料的极高导热率性能以及其高强度以及超薄性能优势,能够紧密嵌入在飞行设备蒙皮等部件上,保证受热均匀,减小受热厚度,可以大大提高除冰效果。以上所述仅是本发明的部分实施方式,应当指出,对于本
技术领域:
的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页12