基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法技术

本发明专利技术涉及辐射计量技术领域，具体涉及一种基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，该方法包括获取接收腔的温度阶跃响应曲线，并辨识接收腔的数学模型；获取接收腔的灵敏度；建立所述数学模型参数与PI控制器参数的关系，获得第一控制策略；建立所述PI控制器参数与所述接收腔的灵敏度的关系，获得第二控制策略；根据所述第一控制策略、所述第二控制策略和预设的PI控制器参数信息表计算所述PI控制器参数。该方法通过辨识接收腔的数学模型，根据PI参数信息表整定PI控制器参数，当PI控制器的工作环境变化时，校正接收腔的数学模型，提高PI控制器的环境适应性，解决了太阳辐射监测仪快速测量算法无法在轨应用的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法
本专利技术涉及辐射计量
，具体涉及一种基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法。
技术介绍
气候变化是当今世界面对的巨大挑战之一，科学界正致力于研究气候变化机制。太阳辐射为地球系统提供了绝大部分的能量输入，几乎驱动了地球系统中每一个动态过程。地球能量平衡直接取决于输入和输出的电磁辐射。太阳对地球气候的影响已经受到了广泛的关注。自1978年，欧、美等国开展了基于卫星平台的太阳总辐照度测量。自此，多种辐射计先后搭载不同的卫星平台，获得了近40年的太阳总辐照度观测数据。长期观测结果不仅获得了太阳常数，也揭示了太阳总辐照度11年内变化0.1％的趋势。太阳辐射监测仪采用基于PI控制器的快速测量算法提高比对观测效率。辐射观测过程中，当接收腔的入射辐射功率产生变化时，PI控制器根据腔温变化调节接收腔上加载的电功率，维持热平衡状态。当PI控制器的比例因子P、积分因子I最优时，才能获得最佳的稳定度及调节时间，减少恢复热平衡时间，从而达到缩短测量周期的目的。然而，最优的P、I因子取决于接收腔的数学模型，而数学模型主要取决于工作环境的真空度。由于地面真空度与空间相差巨大，并且随着在轨工作时间增加真空度也将发生变化。因此，地面实验室获得的P、I因子对于变化的接收腔模型不是最优化的，PI控制器将缺乏空间适应性，在轨工作时，需要定期辨识数学模型、优化P、I因子。鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法。本专利技术的目的可通过以下的技术措施来实现：本专利技术提供了一种基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，该方法包括：获取接收腔的温度阶跃响应曲线，并辨识接收腔的数学模型，所述数学模型包括多个参数；根据所述温度阶跃响应曲线，确定所述数学模型参数；在辐射观测阶段，在恒定的电加热功率作用下，采用PI控制器调节所述接收腔的温度，直至将初始腔温调回热平衡状态，获取接收腔的灵敏度；建立所述数学模型参数与PI控制器参数的关系，获得第一控制策略；建立所述PI控制器参数与所述接收腔的灵敏度的关系，获得第二控制策略；根据所述第一控制策略、所述第二控制策略和预设的PI控制器参数信息表计算所述PI控制器参数。优选地，所述数学模型为：其中，G(s)为s的函数，τe为等效纯延迟时间，Te为等效的时间常数，K为热连接的热导率，所述数学模型参数包括：等效纯延迟时间、等效的时间常数以及热连接的热导率。优选地，“根据所述温度阶跃响应曲线，确定所述数学模型参数”的步骤包括：选取所述温度阶跃响应曲线的第一时刻对应的第一归一化腔温、第二时刻对应的第二归一化腔温，根据所述第一时刻、第一归一化腔温、第二时刻及第二归一化腔温确定所述数学模型参数，所述数学模型参数为：其中，τe为等效纯延迟时间，Te为等效的时间常数，y0(t1)为第一归一化腔温，y0(t2)为第二归一化腔温，t1为第一时刻，t2为第二时刻。优选地，“在辐射观测阶段，在恒定的电加热功率作用下，采用PI控制器调节所述接收腔的温度，直至将初始腔温调回热平衡状态，获取接收腔的灵敏度”的步骤包括：获取接收腔的电加热功率、初始腔温和平衡腔温，根据所述接收腔的电加热功率、初始腔温和平衡腔温获得接收腔的灵敏度。优选地，灵敏度的计算公式为：其中，S为接收腔的灵敏度，PE为电加热功率，D0为初始腔温，D1为平衡腔温。优选地，所述PI控制器参数包括：修正比例因子，积分因子和腔温采样周期。优选地，所述第一控制策略为：其中，τ为等效延迟时间，T为腔温采样周期，τe为等效纯延迟时间。优选地，所述第二控制策略为：KP′＝KPS，其中，KP′为修正比例因子，KP为比例因子，S为接收腔的灵敏度。优选地，所述预设的PI控制器参数信息表包括预设控制度，与所述预设控制度对应的第一预设值、第二预设值和第三预设值。优选地，“根据所述第一控制策略、所述第二控制策略和预设的PI控制器参数信息表计算所述PI控制器参数”的步骤包括：根据所述第一控制策略和所述第一预设值获得所述PI控制器参数中的腔温采样周期；根据所述第一控制策略、所述第一预设值和所述第三预设值获得所述PI控制器参数中的积分因子；根据所述第一控制策略、所述第一预设值、所述第二预设值获得所述比例因子；根据所述第二控制策略获得所述PI控制器参数中的修正比例因子。本专利技术的方法通过辨识接收腔的数学模型，根据PI参数信息表整定PI控制器参数，当PI控制器的工作环境变化时，校正接收腔的数学模型，提高PI控制器的环境适应性，解决了太阳辐射监测仪快速测量算法无法在轨应用的问题。附图说明图1是本专利技术实施例的基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法的流程图。图2是本专利技术实施例的一阶滞后系统的热电响应曲线。图3是本专利技术实施例的步骤S6的流程图。图4是本专利技术实施例在常压环境下PI控制器参数整定后的测试结果。图5是本专利技术实施例在真空环境下PI控制器参数整定后的测试结果。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本专利技术的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本专利技术具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。本专利技术的实施例提供了一种基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，该方法通过辨识接收腔的数学模型，根据PI参数信息表整定PI控制器参数，当等效纯延迟时间、等效的时间常数、热导率等参数随工作环境变化时，校正接收腔的数学模型，提高PI控制器的环境适应性，解决了太阳辐射监测仪快速测量算法无法在轨应用的问题。图1示出了一种基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，请参见图1，该方法包括：步骤S1：获取接收腔的温度阶跃响应曲线，并辨识接收腔的数学模型，数学模型包括多个参数；步骤S2：根据温度阶跃响应曲线，确定数学模型参数；步骤S3：在辐射观测阶段，在恒定的电加热功率作用下，采用PI控制器调节所述接收腔的温度，直至将初始腔温调回热平衡状态，获取接收腔的灵敏度；步骤S4：建立数学模型参数与PI控制器参数的关系，获得第一控制策略；步骤S5：建立PI控制器参数与接收腔的灵敏度的关系，获得第二控制策略本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，其特征在于，该方法包括：/n获取接收腔的温度阶跃响应曲线，并辨识接收腔的数学模型，所述数学模型包括多个参数；/n根据所述温度阶跃响应曲线，确定所述数学模型参数；/n在辐射观测阶段，在恒定的电加热功率作用下，采用PI控制器调节所述接收腔的温度，直至将初始腔温调回热平衡状态，获取接收腔的灵敏度；/n建立所述数学模型参数与PI控制器参数的关系，获得第一控制策略；/n建立所述PI控制器参数与所述接收腔的灵敏度的关系，获得第二控制策略；/n根据所述第一控制策略、所述第二控制策略和预设的PI控制器参数信息表计算所述PI控制器参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，其特征在于，该方法包括：
获取接收腔的温度阶跃响应曲线，并辨识接收腔的数学模型，所述数学模型包括多个参数；
根据所述温度阶跃响应曲线，确定所述数学模型参数；
在辐射观测阶段，在恒定的电加热功率作用下，采用PI控制器调节所述接收腔的温度，直至将初始腔温调回热平衡状态，获取接收腔的灵敏度；
建立所述数学模型参数与PI控制器参数的关系，获得第一控制策略；
建立所述PI控制器参数与所述接收腔的灵敏度的关系，获得第二控制策略；
根据所述第一控制策略、所述第二控制策略和预设的PI控制器参数信息表计算所述PI控制器参数。


2.根据权利要求1所述的基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，其特征在于，所述数学模型为：

其中，G(s)为s的函数，τe为等效纯延迟时间，Te为等效的时间常数，K为热连接的热导率，所述数学模型参数包括：等效纯延迟时间、等效的时间常数以及热连接的热导率。


3.根据权利要求2所述的基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，其特征在于，“根据所述温度阶跃响应曲线，确定所述数学模型参数”的步骤包括：选取所述温度阶跃响应曲线的第一时刻对应的第一归一化腔温、第二时刻对应的第二归一化腔温，根据所述第一时刻、第一归一化腔温、第二时刻及第二归一化腔温确定所述数学模型参数，所述数学模型参数为：

其中，τe为等效纯延迟时间，Te为等效的时间常数，y0(t1)为第一归一化腔温，y0(t2)为第二归一化腔温，t1为第一时刻，t2为第二时刻。


4.根据权利要求1所述的基于扩充响应曲线法的太阳辐射监测仪在轨自整定方法，其特征在于，“在辐射观测阶段，在恒定的电加热功率作用下，采用PI控制器调节所述接收腔的温度，直至将初始腔温调回热平衡状态，获取接收腔的灵敏度”的步骤包括：获取接...

【专利技术属性】
技术研发人员：衣小龙，方伟，叶新，隋龙，吴铎，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：吉林;22