[发明专利]一种基于微分方程的温度场测控系统及其方法

说明书

本发明公开了一种基于微分方程的温度场测控系统及其方法，属于温度场测控系统的技术领域。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。本发明采用阵列式加热点控制，使得温度可以按照实际的应用场景实现理想分布；根据温度场和实际工况，动态调整电磁阀的开关时间，实现能耗性能优化以及温度场的动态稳定性。

技术领域

本发明属于温度场测控系统的技术领域，特别涉及一种基于微分方程的温度场测控系统及其方法。

背景技术

在冶金，化工等领域中，经常会遇到对工件进行加热的操作，典型的场景是用燃料或电力进行加热，在PLC等控制器的控制下，对受控的热源进行控制，进而保持工件在恒温条件下产生相应的物理化学反应。

传统的单元控制如PLC控制，只对单个热源进行控制，缺乏多个热源的协调配合，同时多热源有需要进行相对复杂的运算，以及大量网络数据的交互，难度很大。

发明内容

本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供一种基于基于微分方程的可控热源阵列来实现特定温度场的系统设计方法，针对理想的温度场分布，通过控制热源输出的热量来保持温度场的稳定。

本发明采用以下技术方案：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排的控制单元的多个控制器；

其中，以其中一排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。

在进一步的实施例中，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。

一种使用如上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，如目标温度、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，最后将测量和控制等数据上报服务器；

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

在进一步的实施例中，所述步骤二中的热量贡献的计算具体如下：

建立模型：

其中：f(r,t)＝∑b_n(t)δ(r-r_n)为热源函数，这里用r＝r(x,y,z)来表示空间每点的坐标，δ(r-r_n)为点源函数，b_n(t)为该热源能提供的热量系数，t为时间点，a为常数系数，表述如下：其中k是导热系数,c为比热容，ρ为密度；

其边界条件为：