本发明公开了一种辐射计温控系统热传递模型的建立方法。其包括以下步骤：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。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。
1.一种辐射计温控系统热传递数学模型的建立方法，其特征在于，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；
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A1：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；
在步骤A1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，可得接收机热传递效果的数学模型；
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，可得接收机热传递效果的数学模型；
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；
步骤A2中加热体作为热源时温控系统的热传递数学模型为
步骤A3中接收机和加热体共同作用下，温控系统的热传递数学模型
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C1：确定温度传递函数的延时常数τ1；步骤C2：确定系统增益K1和时间常数T1；
在步骤C1中，具体包括：依据温控箱的温度数据T1i，求出温度曲线T1i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τ1；在步骤C2中，具体包括：取出T1i中τ1后的数据，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T1。
2.根据权利要求1所述的辐射计温控系统热传递数学模型的建立方法，其特征在于，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D1：确定温度传递函数的延时常数τ2；步骤D2：确定系统增益K2和时间常数T2。
3.根据权利要求2所述的辐射计温控系统热传递数学模型的建立方法，其特征在于，在步骤D1中，具体包括：依据温控箱的温度T2i，求出温度曲线T2i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τ2；在步骤D2中，具体包括：取出T2i中τ2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T2。
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A1：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A1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C1：确定温度传递函数的延时常数τ1；步骤C2：确定系统增益K1和时间常数T1。
[0012] 进一步，在步骤C1中，具体包括：依据温控箱的温度数据T1i，求出温度曲线T1i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τ1。
[0013] 进一步，在步骤C2中，具体包括：取出T1i中τ1后的数据，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T1。
[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D1：确定温度传递函数的延时常数τ2；步骤D2：确定系统增益K2和时间常数T2。
[0015] 进一步，在步骤D1中，具体包括：依据温控箱的温度T2i，求出温度曲线T2i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τ2。
[0016] 进一步，在步骤D2中，具体包括：取出T2i中τ2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T2。
[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A，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——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——温控系统外部温度
[0032] Q内外——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] 公式1
[0036] 用Td表示经整理可得
[0037] 公式2
[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，经过拉普拉斯变换后，该式整理可得
[0039] 公式3
[0040] 因此，接收机加热时的传递函数为
[0041] 公式4
[0042] 考虑到系统延时L1，此系统的传递函数模型为
[0043] 公式5
[0044] 其中
[0045] K1——温控系统接收机传递函数的增益
[0046] T1——温控系统接收机传递函数的时间常数
[0047] 该传递函数的单位节约响应曲线如图2所示，不考虑延时该传递函数阶跃响应的拉普拉斯反变换为
[0048] 公式6
[0049] 对加热体进行分析，同理可得：
[0050] 考虑到系统延时L2，此系统的传递函数模型为
[0051] 公式7
[0052] 其中
[0053] K2——温控系统加热体传递函数的增益
[0054] T2——温控系统加热体传递函数的时间常数
[0055] 该传递函数的单位节约响应曲线如图2所示，不考虑延时该传递函数阶跃响应的拉普拉斯反变换为
[0056] 公式8
[0057] 因此，温控系统的传递函数为
[0058] 公式9
[0059] 步骤B，获取建模所需数据
[0060] 步骤C，由数据确定接收机的温度传递模型。
[0061] 步骤C具体包括如下处理：
[0062] 步骤C1，确定温度传递函数的延时常数τ1，即图2中的L，具体实现过程为：
[0063] 依据接收机加热时温控系统的温度数据T1i，求出温度曲线T1i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τ1。
[0064] 步骤C2，确定系统增益K1和时间常数T1，即图2中的K和T，具体实现过程为：
[0065] 取出T1i中τ1后的数据，根据公式6对该数据进行数据拟合辨识，求的传递函数的增益K1及时间常数T1。
[0066] 步骤D，由数据确定加热体的温度传递数学模型。
[0067] 步骤D具体包括如下处理：
[0068] 步骤D1，确定温度传递函数的延时常数τ2，即图2中的L，具体实现过程为：
[0069] 依据加热体加热时的温度数据T2i，求出温度曲线T2i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τ2。
[0070] 步骤D2，确定系统增益K2和时间常数T2，即图2中的K和T，具体实现过程为：
[0071] 取出T2i中τ2后的数据，根据公式8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T2。
[0072] 综上所述，本发明提供一种辐射计温控系统热传递数学模型的建立分析方法，可以实现不同环境下的温控系统传递函数的获取，为不同场景下辐射计温控系统提供一种有效的热传递数学模型建立方法。
