（单位：s)，即在最大载荷作用下产品 到达试验要求温度的时间。其特征在于必须结合参试产品的材料、结构特性及温度考核要 求确定迟滞时间。
[0039] 优选地，开展多次摸底试验，取响应迟滞时间的平均值为最终的过程迟滞时间；也 可以利用材料物性方程开展仿真确定迟滞时间。
[0040] 所述步骤②需根据步骤①的结论确认正式试验的预热/预冷时间。其特征在于为 参试产品（材料）提供激活能，使其快速跨过能障，有效减少迟滞时间。优选地，预热/预 冷时间长短应更具产品材料与结构特点确定，尽量避免预热/预冷时间过长。
[0041] 所述步骤③将响应迟滞过程等效为控制信号输入延迟过程，且延迟时间均为L。其 特征在于：首先，其中为过程响应迟滞时间，为预热/预冷处理时间；其次，对于存在较短控 制信号输入延迟的过程，可以选择基于后续温度变化预计的控制算法实现精确控制。
[0042] 所述步骤③进一步又可分为（1)过程建模；(2)后续温度变化预计与（3)控制律 参数确定来实现参试产品的温度控制。
[0043] 所述分过程（1)为试验过程建模，其特征在于依据产品重点考核部位温度变化规 律建立传热模型，该模型具备用于温度反馈的测量信号与控制输入。
[0044] 优选地，采用输入延迟过程的频响函数来描述输入控制信号（一般为电流或电 压）与产品温度响应的关系；对于实测响应较多的试验过程，可以考虑使用状态变量方程 建模。
[0045] 所述分过程（2)为后续温度变化的预计，其特征在于根据所述分过程（1)建立的 模型，推算出L单位时间后的响应温度，可以证明，预计温度与实际温度的误差是有限的。
[0046] 优选地，可以使用频响函数与控制信号的卷积估计试验过程后续温度，可通过计 算机运算完成。
[0047] 所述分过程（3)用于确定控制律的参数，其特征在于需结合试验过程所要求达到 的温升/温降速率，以及试验设备对控制信号输出的限制（即输出阀值），合理、优化选取控 制律参数（极点位置），保证该控制算法能有效实现。
[0048] 优选地，闭环过程极点位置选取在远离开环过程极点位置的3-5倍，对于温升/温 降速率极高的试验过程，闭环过程极点位置可以选在更远处。
[0049] 下面通过应用实例对本发明作详细说明。
[0050] 参见附图3,为超高音速飞行器地面气动热试验内壁温度控制曲线。试验过程的前 20s为预热过程，经过响应温度没有发生显著变化，但参试产品材料已获得足够能力快速突 破温升能障。20s-40s为快速温升段，控制精度较好。由于试验过程没有设置主动降温控 制，温降段误差较大。
[0051] 参见附图4,为舱段地面气动热试验温度控制曲线，同样地，试验前16s为预热时 间，温升段的控制精度较高。
[0052] 参见附图5,为CZ-5循环预冷管路焊缝处温度曲线。整个试验过程的前200秒为 管路预冷处理，通过调节液氮流速控制焊缝处的温度，如图所示，控制误差在±3°C以内，实 现了精确控制。
[0053] 上面实施方式中的温度补偿控制的详细算法分步叙述如下：
[0054] 温度补偿控制的详细算法分步叙述如下：
[0055] 分析参试产品材料特性、结构特点，结合试验要求的参试产品温度变化曲线，开展 摸底试验，计算该产品的温度响应迟滞时间λ。
[0056] 通过低比例加载试验确定参试产品正式试验的预热/预冷时间λ'
[0057] 将响应迟滞过程等效转化为预热/预冷处理与存在较短控制输入延迟的试验过 程，延迟时间L=λ-λ'
[0058] 使用频响函数完成试验过程建模，试验过程的控制输入/响应输出信号之间的关 系可表达为：
[0060] 其中B(s)和A(s)分别为η阶、m阶多项式，L是输入延迟时间；Y(s)为频域下的 过程响应，U(s)为频域下的控制输入信号。
[0061] L单位时间后的响应估计可以表示为
[0063] 其中右式的第一项表示的是前一时刻t参试产品的响应，当t=0,表示预热/预 冷处理刚结束时的参试产品温度响应；右式的第二项为一积分运算，函数h(t)为时域下的 产品加载冲击响应函数，经Laplace变换后即为试验过程的传递函数。
[0064] 利用预计的产品温度响应.叩+Ο,确定控制律，其表达式如下：
[0066] 其中A(s)R(s)+B(s)S(s)的零点均需小于零以保证闭环系统稳定。
[0067] 仿真验证使用该控制方法后的闭环过程，某二阶控制输入延迟过程的闭环仿真结 果如附图6所示。
[0068] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影 响本发明的实质内容。
【主权项】
1. 一种面向响应迟滞过程的温度补偿控制方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 确定最大载荷作用下产品的迟滞时间，所述迟滞时间通过所述产品的材料、结构特 性及温度进行确定； (2) 根据所述迟滞时间确定产品的预热/预冷时间； (3) 将产品的所述迟滞时间和所述预热/预冷时间作差，作为控制输入的延迟时间，根 据后续温度变化预计确定控制律参数； (4) 根据所述控制律参数确定产品的温度控制。2. 根据权利要求1所述的面向响应迟滞过程的温度补偿控制方法，其特征在于，所述 第（1)步中，确定所述迟滞时间过程为：开展多次摸底试验，取响应迟滞时间的平均值为最 终的迟滞时间。3. 根据权利要求1所述的面向响应迟滞过程的温度补偿控制方法，其特征在于，所述 第（1)步中，确定所述迟滞时间过程为：利用产品的材料物性方程通过仿真确定迟滞时间。4. 根据权利要求1所述的面向响应迟滞过程的温度补偿控制方法，其特征在于，所述 第（2)步中，如果预热/预冷时间超过预设值，则通过提供激活能缩短所述预热/预冷时 间。5. 根据权利要求1至4中任一项所述的面向响应迟滞过程的温度补偿控制方法，其特 征在于，所述第（3)步包括如下小步骤： (a) 依据产品重点考核部位的温度变化规律建立传热模型； (b) 根据所述传热模型得到响应温度； (c) 结合预设的温升/温降速率，确定所述控制律参数。6. 根据权利要求5所述的面向响应迟滞过程的温度补偿控制方法，其特征在于，所述 第（a)小步中，采用输入延迟过程的频响函数来描述输入控制信号与产品温度响应的关系 来建立所述传热模型。7. 根据权利要求5所述的面向响应迟滞过程的温度补偿控制方法，其特征在于，所述 第（b)小步中，使用频响函数与控制信号的卷积得到所述响应温度。
【专利摘要】本发明提供了一种面向响应迟滞过程的温度补偿控制方法，包括如下步骤：(1)确定最大载荷作用下产品的迟滞时间，所述迟滞时间通过所述产品的材料、结构特性及温度进行确定；(2)根据所述迟滞时间确定产品的预热/预冷时间；(3)将产品的所述迟滞时间和所述预热/预冷时间作差，作为控制输入的延迟时间，根据后续温度变化预计确定控制律参数；(4)根据所述控制律参数确定产品的温度控制。本发明通过优化算法确定控制律参数，从而快速方便地实现温度补偿；大幅度提升了试验一次完成的成功率，有效避免了过试验考核；适用于各类存在响应延迟的试验与生产过程，对提升过程控制精度，提高试验与生产质量有积极推动作用。
【IPC分类】G05B13/04
【公开号】CN105242541
【申请号】CN201510708068
【发明人】曹玲玲, 王海东, 蔡琼, 王国顺
【申请人】上海航天精密机械研究所
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年10月27日