專利名稱：：大型鹽霧環(huán)境模擬試驗(yàn)系統(tǒng)溫場(chǎng)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于環(huán)境模擬
技術(shù)領(lǐng)域：
。具體來(lái)說(shuō)，涉及一種大空間鹽霧模擬實(shí)現(xiàn)時(shí)溫場(chǎng)控制的種方法。
背景技術(shù)：
：在鹽霧暴露階段，為確保鹽霧的自然均勻沉降，試驗(yàn)空間不允許有空氣流動(dòng)，空氣流速基本為零，致使溫場(chǎng)控制無(wú)法采用常規(guī)的空調(diào)送風(fēng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。目前，小型試驗(yàn)箱中，均采用對(duì)流傳熱的方式對(duì)空間進(jìn)行升溫，如夾套循環(huán)加熱等。該方式下，由于試驗(yàn)箱體空間較小，試驗(yàn)空間在各方向上的傳熱初始條件、邊界條件基本相同，熱流密度分布基本一致，而且小空間內(nèi)自然對(duì)流作用下的受熱空氣流動(dòng)充分，均有利于促進(jìn)溫場(chǎng)的均勻化，使溫場(chǎng)控制的精度較易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)試驗(yàn)空間的長(zhǎng)度達(dá)到15米，高度達(dá)到7米時(shí)，傳熱特性在水平和垂直方向的差異就無(wú)法忽略。同時(shí)，自然對(duì)流作用下的氣流也不能充分流動(dòng)、混合，空間必然形成一個(gè)多溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致試驗(yàn)空間溫度在水平方向和垂直方向上存在較大差異。此外，大型武器裝備進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，對(duì)空間溫場(chǎng)分布的影響也將是不可忽略的因素，而這種影響因與試件的大小、外形，以及試驗(yàn)時(shí)停放位置有關(guān)成為一個(gè)隨機(jī)干擾。因此，大型空間的溫場(chǎng)控制如仍采用整體調(diào)節(jié)，當(dāng)局部溫場(chǎng)指標(biāo)超出允差時(shí)，無(wú)法通過(guò)局部調(diào)節(jié)消除超差。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種溫場(chǎng)分區(qū)組合控制的方法，解決大空間鹽霧模擬系統(tǒng)的溫場(chǎng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，邊界條件復(fù)雜、不均勻性強(qiáng)、隨機(jī)干擾等問(wèn)題，以有效的主動(dòng)控制，使試驗(yàn)空間溫度和溫度梯度滿足試驗(yàn)指標(biāo)要求。本發(fā)明通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種大型鹽霧試驗(yàn)空間的溫場(chǎng)分區(qū)組合控制的方法，包括側(cè)壁加熱設(shè)置步驟、地面加熱設(shè)置步驟和加熱控制步驟；側(cè)壁加熱設(shè)置步驟，包括將大型鹽霧試驗(yàn)空間的兩相對(duì)側(cè)壁進(jìn)行分格處理，一個(gè)側(cè)壁加熱面尺寸為2m寬XIm高，鹽霧試驗(yàn)空間的兩側(cè)壁加熱面的列數(shù)為試驗(yàn)空間長(zhǎng)度除2m取整，行數(shù)為有效空間高度除Im取整，每個(gè)分格內(nèi)設(shè)置一個(gè)帶有獨(dú)立溫度控制部件的側(cè)壁加熱裝置，通過(guò)統(tǒng)一或有差別設(shè)定各裝置的溫度，具備對(duì)溫場(chǎng)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)與分區(qū)調(diào)節(jié)的能力，可微調(diào)試驗(yàn)空間在橫向和縱向上的溫場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)溫度和溫度梯度的主動(dòng)控制；地面加熱設(shè)置步驟，包括將大型鹽霧試驗(yàn)空間的地面進(jìn)行分格處理，一個(gè)地面加熱面的寬度為試驗(yàn)空間，長(zhǎng)度為2.5m，鹽霧試驗(yàn)空間的地面加熱面的數(shù)為試驗(yàn)空間長(zhǎng)度除2.5m取整，每個(gè)格子中設(shè)置一個(gè)帶有獨(dú)立溫度控制部件的地面加熱裝置，通過(guò)統(tǒng)一或有差別設(shè)定各裝置的溫度，具備對(duì)溫場(chǎng)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)與分區(qū)調(diào)節(jié)的能力，可微調(diào)試驗(yàn)空間在橫向和縱向上的溫場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)溫度和溫度梯度的主動(dòng)控制；加熱控制步驟，將溫場(chǎng)控制過(guò)程采用了隨機(jī)差分形式控制，并采用參數(shù)在線辨識(shí)、輸出在線預(yù)估、側(cè)壁與地面加熱實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的方式，總體步驟如下步驟1建立試驗(yàn)空間溫場(chǎng)輸入輸出模型，該模型為雙輸入、單輸出模型，其中，輸入包括地面和側(cè)壁加熱單元的實(shí)時(shí)溫度的平均值；輸出為試驗(yàn)空間幾何中心溫度；步驟2通過(guò)多次試驗(yàn)，進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)辨識(shí)，計(jì)算隨機(jī)差分模型的階次與時(shí)滯；步驟3啟動(dòng)溫控，進(jìn)行模型參數(shù)的在線辨；步驟4進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)滯的最優(yōu)預(yù)報(bào)，當(dāng)溫度逼近溫場(chǎng)中心值時(shí)，控制側(cè)壁單元與地面單元的進(jìn)入各單元的自校控制；步驟5溫度范圍滿足指標(biāo)時(shí)，進(jìn)行梯度條件判斷，并啟動(dòng)實(shí)時(shí)回風(fēng)溫控和梯度調(diào)節(jié)功能；步驟6根據(jù)梯度判斷結(jié)果，對(duì)一定的局部單元的自校正目標(biāo)值進(jìn)行有差別設(shè)定，直至溫場(chǎng)梯度指標(biāo)滿足要求，在噴霧開(kāi)始前，建立合格的溫場(chǎng)；步驟7進(jìn)入鹽霧暴露階段后，根據(jù)溫場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)反饋，進(jìn)行實(shí)時(shí)地溫度、溫度梯度的計(jì)算判斷，并對(duì)加熱單元，采用整體調(diào)節(jié)或局部調(diào)節(jié)。其中，側(cè)壁加熱裝置包括作為外部保溫層的保溫板(13)、作為中間內(nèi)熱源層的加熱席(10)及測(cè)量其加熱溫度的溫度傳感器(11)、作為內(nèi)部防腐傳熱層的防腐傳熱板(12)以及外部框架(14)，電熱席(10)、溫度傳感器(11)固定敷設(shè)在保溫板(13)上，其上覆蓋鋼絲網(wǎng)，再覆蓋厚度9mm-12mm的水泥層，水泥層通過(guò)外部框體(14)固定；其中，保溫板(13)為聚苯乙烯泡沫塑料夾芯板或聚氯乙烯泡沫塑料夾芯板等泡沫塑料保溫板，其厚度優(yōu)選80mm-120mmo其中，地面加熱裝置主要包括外部保溫層(17)、作為中間內(nèi)熱源層的內(nèi)置加熱電纜(15)及溫度傳感器(16)和作為外部傳熱層的混凝土防腐傳熱層(18)，其中，保溫層為建筑常規(guī)保溫層，內(nèi)熱源為嵌入凹槽中的加熱電纜，傳熱層為厚密實(shí)混凝土。本發(fā)明是大型鹽霧模擬試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重要方法，具備溫場(chǎng)整體和局部調(diào)節(jié)能力，具有自適應(yīng)、波動(dòng)性小等優(yōu)點(diǎn)。圖1是本發(fā)明的大型鹽霧試驗(yàn)空間的側(cè)面分格的示意圖。圖2是本發(fā)明的大型鹽霧試驗(yàn)空間的地面分格的示意圖。圖3是用于本發(fā)明的大型鹽霧試驗(yàn)空間的側(cè)壁加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中10、加熱席；11、溫度傳感器；12、防腐傳熱板；13、保溫板；14、框架；圖4是用于本發(fā)明的大型鹽霧試驗(yàn)空間的地面加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中15、加熱電纜；16、溫度傳感器；17、保溫層；18、防腐傳熱層；19、密封縫。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的大型鹽霧試驗(yàn)空間的六面同時(shí)傳熱是較為理想的方式。但考慮大型試件的出入、試驗(yàn)頂層結(jié)構(gòu)等因素，傳熱面選擇長(zhǎng)度方向的兩側(cè)壁和地面，共三個(gè)面。首先，按照多熱源、組合加熱的原則，針對(duì)大型鹽霧試驗(yàn)空間的兩相對(duì)側(cè)面進(jìn)行分格處理。側(cè)壁加熱面的分割方法為，按照側(cè)壁加熱面的基本單元格為2m(寬)XIm(高)，側(cè)壁加熱面總長(zhǎng)=試驗(yàn)空間長(zhǎng)度，總高取整以便于分成整數(shù)個(gè)格子。由附圖1可知，以試驗(yàn)中心線為分格起點(diǎn)，考慮每個(gè)基本單元格(1)框架的寬度，向兩側(cè)進(jìn)行依次分格。側(cè)壁長(zhǎng)度優(yōu)選為偶數(shù)倍的米數(shù)以便于分成整數(shù)倍的格子，如果不能為整，則與臨近分格合并為一個(gè)單元格。高度上，以試驗(yàn)空間士0.000平面為起點(diǎn)，考慮每個(gè)基本單元格(1)框架的高度，由下至上進(jìn)行總高數(shù)的分格。每個(gè)分格內(nèi)安裝一個(gè)側(cè)壁加熱裝置。通過(guò)統(tǒng)一或有差別設(shè)定各裝置的溫度，具備對(duì)溫場(chǎng)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)與分區(qū)調(diào)節(jié)的能力，可微調(diào)試驗(yàn)空間在橫向和縱向上的溫場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)溫度和溫度梯度的主動(dòng)控制。該側(cè)壁加熱裝置包括作為外部保溫層的保溫板(13)、作為中間內(nèi)熱源層的加熱席(10)及測(cè)量其加熱溫度的溫度傳感器(11)、作為內(nèi)部防腐傳熱層的防腐傳熱板(12)以及外部框架(14)，電熱席(10)、溫度傳感器(11)固定敷設(shè)在保溫板(13)上，其上覆蓋鋼絲網(wǎng)，再覆蓋厚度9mm-12mm的水泥層，水泥層通過(guò)外部框體(14)固定；其中，保溫板(13)為聚苯乙烯泡沫塑料夾芯板或聚氯乙烯泡沫塑料夾芯板等泡沫塑料保溫板，其厚度優(yōu)選80mm-120mm。其次，按照多熱源、組合加熱的原則，針對(duì)大型鹽霧試驗(yàn)空間的地面進(jìn)行分格處理，地面加熱面的寬度為試驗(yàn)空間，長(zhǎng)度為2.5m。由附圖2可知，以試驗(yàn)中心線為分格起點(diǎn)，考慮每個(gè)基本單元地面一定分艙間隔(50mm)，向兩側(cè)依次進(jìn)行分格。優(yōu)選試驗(yàn)空間的長(zhǎng)度為2.5m的整數(shù)倍以便于分成整數(shù)倍的格子。如果邊緣分格不能取整，則與臨近分隔合并為一個(gè)單元格。每個(gè)分格內(nèi)安裝一個(gè)地面加熱裝置。通過(guò)統(tǒng)一或有差別設(shè)定各裝置的溫度，具備對(duì)溫場(chǎng)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)與分區(qū)調(diào)節(jié)的能力，可微調(diào)試驗(yàn)空間在橫向和縱向上的溫場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)溫度和溫度梯度的主動(dòng)控制。該地面加熱裝置主要包括外部保溫層(17)、作為中間內(nèi)熱源層的內(nèi)置加熱電纜(15)及溫度傳感器(16)和作為外部傳熱層的混凝土防腐傳熱層(18)，其中，保溫層為建筑常規(guī)保溫層，內(nèi)熱源為嵌入凹槽中的加熱電纜(15)，傳熱層(18)為厚密實(shí)混凝土。由于試驗(yàn)空間在鹽霧暴露階段，空氣流速基本為零，兩單元的加熱方式采用傳導(dǎo)、對(duì)流方式。通過(guò)對(duì)鹽霧試驗(yàn)室壁面、地面進(jìn)行加熱，從而使熱量傳遞至試驗(yàn)空間。但是，在大型鹽霧環(huán)境模擬的溫控實(shí)現(xiàn)時(shí)，由于存在較多的不確定因素和隨機(jī)干擾，溫度變化規(guī)律在每次試驗(yàn)時(shí)均有差異，試驗(yàn)加熱單元的控制律也不同。此外，常規(guī)的PID控制存在較大的局限性，不僅參數(shù)整定困難，而且容易導(dǎo)致控制發(fā)散。因此，本發(fā)明的加熱方法采用了“先溫度、后梯度”的控制方法，研究采用了自適應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)，將溫場(chǎng)控制過(guò)程采用隨機(jī)差分形式描述，并采用參數(shù)在線辨識(shí)、輸出在線預(yù)估、側(cè)壁與地面加熱實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的方式，總體步驟如下步驟1建立試驗(yàn)空間溫場(chǎng)輸入輸出模型，該模型為雙輸入、單輸出模型，其中，輸入包括地面和側(cè)壁加熱單元的實(shí)時(shí)溫度的平均值；輸出為試驗(yàn)空間幾何中心溫度；步驟2通過(guò)多次試驗(yàn)，進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)辨識(shí)，計(jì)算隨機(jī)差分模型的階次與時(shí)滯；步驟3啟動(dòng)溫控，進(jìn)行模型參數(shù)的在線辨；步驟4進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)滯的最優(yōu)預(yù)報(bào)，當(dāng)溫度逼近溫場(chǎng)中心值時(shí)，控制側(cè)壁單元與地面單元的進(jìn)入各單元的自?？刂?；步驟5溫度范圍滿足指標(biāo)時(shí)，進(jìn)行梯度條件判斷，并啟動(dòng)實(shí)時(shí)回風(fēng)溫控和梯度調(diào)節(jié)功能；步驟6根據(jù)梯度判斷結(jié)果，對(duì)一定的局部單元的自校正目標(biāo)值進(jìn)行有差別設(shè)定，直至溫場(chǎng)梯度指標(biāo)滿足要求，在噴霧開(kāi)始前，建立合格的溫場(chǎng)；步驟7進(jìn)入鹽霧暴露階段后，根據(jù)溫場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)反饋，進(jìn)行實(shí)時(shí)地溫度、溫度梯度的計(jì)算判斷，并對(duì)加熱單元，采用整體調(diào)節(jié)或局部調(diào)節(jié)。目前，本發(fā)明已成功應(yīng)用于我所研制的600立方米大型鹽霧環(huán)境模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，并滿足了GJB150.86和MIL-STD-819F標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫場(chǎng)指標(biāo)。系統(tǒng)溫場(chǎng)鑒定結(jié)果如下表1溫度測(cè)量結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2溫度梯度指標(biāo)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由上可知，本發(fā)明應(yīng)用很好地解決了大空間鹽霧環(huán)境模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的溫場(chǎng)控制要求。盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式給予了詳細(xì)描述和說(shuō)明，但是應(yīng)該指明的是，我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說(shuō)明書(shū)及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種大型鹽霧試驗(yàn)空間的溫場(chǎng)分區(qū)組合控制的方法，包括側(cè)壁加熱設(shè)置步驟、地面加熱設(shè)置步驟和加熱控制步驟；1)側(cè)壁加熱設(shè)置步驟，包括將大型鹽霧試驗(yàn)空間的兩相對(duì)側(cè)壁進(jìn)行分格處理，側(cè)壁加熱面的基本單元格為2m寬×1m高，鹽霧試驗(yàn)空間的兩側(cè)壁長(zhǎng)度和高度分別是偶數(shù)和自然數(shù)便于分成整數(shù)倍的格子，每個(gè)分格內(nèi)設(shè)置一個(gè)帶有獨(dú)立溫度控制部件的側(cè)壁加熱裝置，通過(guò)統(tǒng)一或有差別設(shè)定各裝置的溫度，具備對(duì)溫場(chǎng)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)與分區(qū)調(diào)節(jié)的能力，可微調(diào)試驗(yàn)空間在橫向和縱向上的溫場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)溫度和溫度梯度的主動(dòng)控制；2)地面加熱設(shè)置步驟，包括將大型鹽霧試驗(yàn)空間的地面進(jìn)行分格處理，地面加熱面的基本單元格的寬度等于試驗(yàn)空間寬度為2.5m，長(zhǎng)度為2.5m，鹽霧試驗(yàn)空間的地面寬度為2.5m的整數(shù)倍，每個(gè)格子中設(shè)置一個(gè)帶有獨(dú)立溫度控制部件的地面加熱裝置，通過(guò)統(tǒng)一或有差別設(shè)定各裝置的溫度，具備對(duì)溫場(chǎng)進(jìn)行整體調(diào)節(jié)與分區(qū)調(diào)節(jié)的能力，可微調(diào)試驗(yàn)空間在橫向和縱向上的溫場(chǎng)分布，實(shí)現(xiàn)溫度和溫度梯度的主動(dòng)控制；3)加熱控制步驟，將溫場(chǎng)控制過(guò)程采用了隨機(jī)差分形式控制，并采用參數(shù)在線辨識(shí)、輸出在線預(yù)估、側(cè)壁與地面加熱實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的方式，總體步驟如下步驟1建立試驗(yàn)空間溫場(chǎng)輸入輸出模型，該模型為雙輸入、單輸出模型，其中，輸入包括地面和側(cè)壁加熱單元的實(shí)時(shí)溫度的平均值；輸出為試驗(yàn)空間幾何中心溫度；步驟2通過(guò)多次試驗(yàn)，進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)辨識(shí)，計(jì)算隨機(jī)差分模型的階次與時(shí)滯；步驟3啟動(dòng)溫控，進(jìn)行模型參數(shù)的在線辨；步驟4進(jìn)行系統(tǒng)時(shí)滯的最優(yōu)預(yù)報(bào)，當(dāng)溫度逼近溫場(chǎng)中心值時(shí)，控制側(cè)壁單元與地面單元的進(jìn)入各單元的自?？刂?；步驟5溫度范圍滿足指標(biāo)時(shí)，進(jìn)行梯度條件判斷，并啟動(dòng)實(shí)時(shí)回風(fēng)溫控和梯度調(diào)節(jié)功能；步驟6根據(jù)梯度判斷結(jié)果，對(duì)一定的局部單元的自校正目標(biāo)值進(jìn)行有差別設(shè)定，直至溫場(chǎng)梯度指標(biāo)滿足要求，在噴霧開(kāi)始前，建立合格的溫場(chǎng)；步驟7進(jìn)入鹽霧暴露階段后，根據(jù)溫場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)反饋，進(jìn)行實(shí)時(shí)地溫度、溫度梯度的計(jì)算判斷，并對(duì)加熱單元，采用整體調(diào)節(jié)或局部調(diào)節(jié)。2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，所述側(cè)壁加熱裝置包括作為外部保溫層的保溫板(13)、作為中間內(nèi)熱源層的加熱席(10)及測(cè)量其加熱溫度的溫度傳感器(11)、作為內(nèi)部防腐傳熱層的防腐傳熱板(12)以及外部框架(14)，電熱席(10)、溫度傳感器(11)固定敷設(shè)在保溫板(14)上，其上覆蓋鋼絲網(wǎng)，再覆蓋厚度9mm-12mm的水泥層，水泥層通過(guò)外部框體(14)固定；其中，保溫板(14)為聚苯乙烯泡沫塑料夾芯板或聚氯乙烯泡沫塑料夾芯板的泡沫塑料保溫板，其厚度為80mm-120mm。3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述地面加熱裝置主要包括外部保溫層(17)、作為中間內(nèi)熱源層的內(nèi)置加熱電纜(15)及溫度傳感器(16)和作為外部傳熱層的混凝土防腐傳熱層(18)，其中，保溫層為建筑保溫層，內(nèi)熱源為嵌入容納凹槽中的加熱電纜(15)，并向保溫層中設(shè)置U型溝槽保護(hù)和固定加熱電纜，防腐傳熱層(18)為厚密實(shí)混凝土。全文摘要本發(fā)明涉及一種大空間鹽霧模擬溫場(chǎng)實(shí)現(xiàn)的方法。它通過(guò)合理地對(duì)試驗(yàn)空間的相對(duì)的長(zhǎng)邊側(cè)壁或地面進(jìn)行橫、縱分割，并在每個(gè)分格內(nèi)安裝一個(gè)模塊化的加熱裝置。每個(gè)加熱裝置具備獨(dú)立的溫控部件，可根據(jù)要求進(jìn)行有差別的溫度調(diào)定；整體溫控則采用了基于模型預(yù)測(cè)和最有預(yù)報(bào)的控制步驟。該發(fā)明是大型鹽霧模擬試驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重要方法，具備溫場(chǎng)整體和局部調(diào)節(jié)能力，具有自適應(yīng)、波動(dòng)性小等優(yōu)點(diǎn)。文檔編號(hào)G01N17/00GK101806707SQ20091000897公開(kāi)日2010年8月18日申請(qǐng)日期2009年2月17日優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日發(fā)明者萬(wàn)全,劉松,劉鷹,盧連成,宋道宏申請(qǐng)人:總裝備部工程設(shè)計(jì)研究總院