[发明专利]一种基于微分方程的温度场测控系统及其方法

权利要求书

1.一种基于微分方程的温度场测控系统，为了实现对每个热源进行控制，并对固定位置处的温度进行检测，其特征在于，包括：

呈矩阵分布的若干个控制单元，用于同时连接位于同列的控制单元的多个控制器；

其中，以其中一列的控制单元和控制器为单位，还包括，设置在相邻控制单元之间的若干个测量单元，所述测量单元同时与横向相邻的控制器相连接；所述控制器通过网络与服务器相连；

所述控制单元一一对应于热源，确保每个热源都有相互对应的控制单元；所述控制器用于实现与服务器的通信功能、现场控制策略执行功能和计算功能，所述测量单元和所述控制单元分别用于完成现场的数据采集和热源控制，所述服务器用于完成数据存储、分析和计算；

所述控制单元具体为电磁阀，所述测量单元具体为温度探测器；

所述的基于微分方程的温度场测控系统的控制方法，具体包括以下流程：

步骤一、系统初始化：控制单元、检测单元和控制器的初始化，并与服务器建立连接，服务器会下发控制系统运行所需的各种参数，目标温度、控制周期；

步骤二、周期查询和计算流程：控制器会对本行测量单元进行查询，并通过网络查询临近行测量单元的数值，数据查询完毕后进行计算，计算内容包括：计算得到当前节点的火源以及周围节点的热辐射对节点温度的影响；与目标温度比较，变分法计算得热源系数B，并得到应有的热量Q；

然后进入控制流程，最后将测量和控制数据上报服务器；

步骤三、周期控制流程：控制系统根据计算得到的应有的热量Q对热源进行控制，进而调控每个控制单元的电磁阀时间。

2.根据权利要求1所述的一种基于微分方程的温度场测控系统的控制方法，其特征在于，所述步骤二中的热源系数B的计算具体如下：

根据热传导定律，某点温度的变化速度与周围的温度梯度成正比，热量同时有流入和流出，流入就升温，流出就降温，所以在一定测温周期内，某测量点获得温度为：

其中u₊为高温点的温度，u_-为低温点温度，热量从高温点流入，并流向低温点，所以环境既有升温也有降温的影响，公式(8)中为综合计算，结果为正表明会升温，结果为负表明会降温；

测量点的温度u_i最终由火源加热温度u_Ii和环境热传导温度u_IIi叠加决定；

设测量点i的预期温度为其与实际温度的差值为：

其中

设误差函数为：如果使误差函数最小，可利用变分法，对其展开后的每个控制量求导并使其等于0；

可得n个方程，整理可得矩阵：

m_ij＝g_ij，i≠j

记

B＝[b₁ b₂ b₃ … b_n]^T

利用矩阵求逆，可解的

其中，n表示热源的个数，m用来指代中间的运算结果。

3.根据权利要求1所述的一种基于微分方程的温度场测控系统的控制方法，其特征在于，设定Qs为热源能够输出的最大热量，如果计算得到的热量Q大于能够提供的热量Qs，则按照能最大提供热量进行。