空天飞机热强度试验控制系统的辐射干涉解耦控制方法技术方案

本发明专利技术涉及飞机热强度试验领域，具体是涉及空天飞机热强度试验控制系统的辐射干涉解耦控制方法，通过确定PID控制回路

【技术实现步骤摘要】
空天飞机热强度试验控制系统的辐射干涉解耦控制方法


[0001]本专利技术涉及飞机热强度试验领域，具体是涉及空天飞机热强度试验控制系统的辐射干涉解耦控制方法。

技术介绍

[0002]在飞机的热强度试验中，热强度试验辐射加热控制系统是大滞后、多耦合的系统。在进行大部件结构或者全尺寸结构试验时，试验的规模往往较大，加热温区可多达几十个甚至上百个，每个温区的辐射式加热装置间都有耦合作用，即单个辐射式加热装置的温度变化都可能对其他辐射式加热装置的温度调节产生干扰，干扰作用的强弱取决于辐射式加热装置间的距离。
[0003]目前，对于上述问题，主流的解决方案是采用PID控制方法控制试验，但是PID控制方法的参数选择和整定非常繁琐，如果外界环境时刻发生变化，那么PID控制方法的参数就需要现场操作人员不断调整：如《基于模糊PID控制的中间包感应式加热技术的研究》一文中，就记载了采用模糊PID控制的方式设计了一种模糊PID控制系统，用于提高连铸钢的生产品质和降低生产过程中的事故风险。
[0004]随着前馈控制方式的发展，人们开始将这种开环控制方法与传统的闭环PID控制方法结合，以此解决现有问题：如专利CN102742365B——用于等离子体处理设备的前馈温度控制，在文中就提供了一种用来精确控制等离子体处理室中的温度的方法。
[0005]受现有同类技术的启发，本专利技术在现有的辐射式加热装置PID控制方法中引入前馈控制方法，根据热辐射扰动的大小，直接发出控制作用，补偿热辐射扰动对整体控制系统的影响，以此实现对本单位空天飞机热强度试验中所使用的基于石墨加热元件的辐射加热器的性能进行改进，解决目前使用辐射加热器多个辐射加热场同时工作带来的耦合干扰问题。

技术实现思路

[0006]为了实现以上目的，本专利技术提供了空天飞机热强度试验控制系统的辐射干涉解耦控制方法，该解耦控制方法通过多PID控制回路
‑
前馈控制的复合控制系统消除辐射加热器的加热模块间的辐射热干扰，方法见下：S1、确定PID控制回路S1
‑
1、基于热强度试验中测试构件的待测区域外形，确定辐射加热器的加热模块间的位置关系；S1
‑
2、基于热强度试验中测试构件表面划分的温度分区个数，确定连接辐射加热器的加热模块的PID控制回路个数；S2、确定解耦矩阵S2
‑
1、基于辐射加热器的加热模块间位置关系，确定单个加热模块受周边加热模块影响的干扰区间，即单个PID控制回路受周边PID控制回路影响的干扰区间；
S2
‑
2、在计算单个PID控制回路的前馈控制量时，只考虑干扰区间内的PID控制回路；S2
‑
3、根据所述干扰区间内PID控制回路的个数n确定解耦矩阵的维度，并建立n
×
n的解耦矩阵C
n
：：：
……………………………………………………………………
矩阵C
n
第1行表示的是n号PID控制回路对自身及其余PID控制回路干扰系数的数集；以此类推，矩阵C
n
第n+i行表示的是n+i号PID控制回路对自身及其余PID控制回路干扰系数的数集；S3、确定输出参数步骤S3中，所述解耦矩阵C
n
表示在多PID控制回路
‑
前馈控制的复合控制系统中，任何一个PID控制回路的输出参数都是这个PID控制回路的输入作用和其他PID控制回路的耦合作用的共同结果；S4、确定前馈补偿量按热强度试验条件加热，通过数组将所述解耦矩阵C
n
的输出数据输入控制系统中，得到每个所述PID控制回路的前馈补偿量：U
com
=K
·
C
n
，K[0，2]式中，U
com
为前馈补偿量，K为解耦强度系数；S5、确定实际输出量在多PID控制回路
‑
前馈控制的复合控制系统中，叠加反馈控制输出量和前馈补偿量得到实际输出量：U=U
close
+U
com
式中，U为实际输出量，U
close
为反馈控制输出量；S6、解耦控制加热采用步骤S5中得到的每条PID控制回路的实际输出量，解耦控制辐射加热器输出在各个温区上的热流密度。
[0007]进一步地，所述步骤S2
‑
1中，确定辐射加热器的单个加热模块受周边加热模块影响的干扰区间方法如下：S2
‑1‑
1、开启辐射加热器其中一个加热模块作为测量基准，当对应温区位置的热电偶实测温度与单个加热模块的设定温度一致时，记录数据并保持作为测量基准的加热模块开启；S2
‑1‑
2、二次测量时，分别开启与作为测量基准的加热模块相邻的未测量的加热模块，且将所述相邻的未测量的加热模块作为二次测量对象，并记录开启时对作为测量基
准的加热模块对应温区的影响；S2
‑1‑
3、三次测量时，分别开启与作为二次测量对象的加热模块相邻的未测量的加热模块，且将所述相邻的未测量的加热模块作为三次测量对象，并记录开启时对作为测量基准的加热模块对应温区的影响；S2
‑1‑
4、按照步骤S2
‑1‑
3的方法继续测量，直至选取的加热模块的启动对作为作为测量基准的加热模块对应温区的影响达到可接受误差范围，停止测量，此时得到作为测量基准的加热模块的干扰区间；S2
‑1‑
5、重复选取辐射加热器中其余各个加热模块分别作为测量基准，重复步骤S2
‑1‑
1、步骤S2
‑1‑
2、步骤S2
‑1‑
3、步骤S2
‑1‑
4中操作，取各个加热模块的干扰区间的均值作为辐射加热装置的干扰区间。
[0008]进一步地，当辐射加热装置中加热模块的连接方式为非首尾连接方式时，确定位于首尾两端的作为测量基准的加热模块的干扰区间时，只测量其连接有另一加热模块的一侧。
[0009]进一步地，所述步骤S2
‑
2中，对于单个加热模块，在干扰区间内的干扰采用前馈控制的方式提前补偿，超出干扰区间的干扰采用反馈控制的方式克服。
[0010]进一步地，步骤S6中，具体的解耦控制步骤如下：S6
‑
1、反馈控制当辐射加热器的单个加热模块的设定温度与对应温区位置热电偶实测温度有偏差时，偏差信号送入反馈控制器，反馈控制器通过预定程序给出实际输出量，控制单个加热模块上的电流功率，进而控制对应温区的温度；S6
‑
2、前馈控制当步骤S6
‑
1中所述单个加热模块的旁侧加热模块开启，产生耦合干扰时，干扰信号经测量变送进入前馈控制器，前馈控制器提前控制，补偿耦合干扰对系统的影响。
[0011]进一步地，所述辐射加热器的为平板式辐射加热器或圆筒式辐射加热器或矩阵式辐射加热器，且各个辐射加热器的加热模块之间的缝宽相同。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.空天飞机热强度试验控制系统的辐射干涉解耦控制方法，其特征在于，所述解耦控制方法通过多PID控制回路
‑
前馈控制的复合控制系统消除辐射加热器的加热模块间的辐射热干扰，方法见下：S1、确定PID控制回路S1
‑
1、基于热强度试验中测试构件的待测区域外形，确定辐射加热器的加热模块间的位置关系；S1
‑
2、基于热强度试验中测试构件表面划分的温度分区个数，确定连接辐射加热器的加热模块的PID控制回路个数；S2、确定解耦矩阵S2
‑
1、基于辐射加热器的加热模块间位置关系，确定单个加热模块受周边加热模块影响的干扰区间，即单个PID控制回路受周边PID控制回路影响的干扰区间；S2
‑
2、在计算单个PID控制回路的前馈控制量时，只考虑干扰区间内的PID控制回路；S2
‑
3、根据所述干扰区间内PID控制回路的个数n确定解耦矩阵的维度，并建立n
×
n的解耦矩阵C
n
：：：
……………………………………………………………………
矩阵C
n
第1行表示的是n号PID控制回路对自身及其余PID控制回路干扰系数的数集；以此类推，矩阵C
n
第n+i行表示的是n+i号PID控制回路对自身及其余PID控制回路干扰系数的数集；S3、确定输出参数步骤S3中，所述解耦矩阵C
n
表示在多PID控制回路
‑
前馈控制的复合控制系统中，任何一个PID控制回路的输出参数都是这个PID控制回路的输入作用和其他PID控制回路的耦合作用的共同结果；S4、确定前馈补偿量按热强度试验条件加热，通过数组将所述解耦矩阵C
n
的输出数据输入控制系统中，得到每个所述PID控制回路的前馈补偿量：U
com
=K
·
C
n
，K[0，2]式中，U
com
为前馈补偿量，K为解耦强度系数；S5、确定实际输出量在多PID控制回路
‑
前馈控制的复合控制系统中，叠加反馈控制输出量和前馈补偿量得到实际输出量：U=U
close
+U
com
式中，U为实际输出量，U
close
为反馈控制输出量；
S6、解耦控制加热采用步骤S5中得到的每条PID控制回路的实际输出量，解耦控制辐射加热器输出在各个温区上的热流密度。2.如权利要求1所述的空天飞机热强度试验控制系统的辐射干涉解耦控制方法，其特征在于，所述步骤S2
‑
1中，确定辐射加热器的单个加热模块受周边加热模块影响的干扰区间方法如下：S2
‑1‑
1、开启辐射加热器其中一个加热模块作为测量基准，当对应温区位置的热电偶实测温度与单个加热模块的设定温度一致时，记录数据并保持作为测量基准的加热模块开启；S2
‑1‑
2、二次测量时，分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彬文，秦强，郑瑶，张佳斌，
申请(专利权)人：中国飞机强度研究所，
类型：发明
国别省市：