CN105205127B - 一种液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法和系统，方法包括：针对特定姿态角下的特定容器，获得对所述特定容器进行最初两次平面切割的高度步长；根据所述最初两次平面切割的高度步长，以及高度步长的自适应调整算法，依次计算后续每一次平面切割的高度步长；根据对所述特定姿态角下的特定容器的每一次平面切割的高度步长，获得每一次平面切割所使用的切割高度，并计算每一次平面切割所对应的液体质量/体积，最后依此构建所述特定容器在特定姿态角下的液体质量/体积特性数据库。
Description
技术领域
本发明涉及液体质量测量技术领域，尤其涉及一种液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法和系统。
背景技术
燃油量是大多数载人飞行器中占比最大的可变重量，一般载人飞行器的燃油量占整机重量的30％～60％。对飞行器各个油箱内燃油量进行精确测量，一方面有助于实现对各油箱内燃油量进行管理，间接实现对飞行器重心位置的控制，确保飞行器重心保持在安全范围内。保持飞行器重心稳定对飞行性能有极大影响，重心若不稳定，则会增加飞行阻力，油耗增加，削弱经济性；严重情况下，重心失稳会影响操纵稳定性，引发飞行安全问题。另一方面，对飞行器各个油箱内燃油量进行精确测量是科学管理剩余燃油，确保飞行计划顺利实施的重要保证，对油箱内燃油量的精确测量可以精确计算飞行器续航时间。
现有的飞行器燃油量测量方法如下：首先根据机翼结构将油箱划分为若干个小油箱，而各个小油箱内的燃油量之和即为总油量；接下来利用位于各个小油箱内的线性电容式液位传感器(简称电容传感器)分别测量各个小油箱内的燃油油面高度值，然后利用测量所得燃油油面高度值在预先建立的相应燃油质量特性数据库中进行查表插值计算，得到最终的油量测量结果。
根据现有的飞行器燃油量测量方法可知，电容传感器输出的燃油油面高度以及燃油质量特性数据库是影响最终油量测量是否准确的两个重要因素。其中，燃油油面高度由电容传感器直接测量输出，燃油质量特性数据库采用现有的定步长切片法建立，通过在燃油质量特性数据库中查找对应油面高度值确定实际油量。为保证对燃油量的精确测量，除了要提高电容传感器的测量精度及可靠性，并合理布置油箱内电容传感器布局外，更重要的是保证所建立燃油质量特性数据库的合理性与准确性。
现有技术中，燃油质量特性数据库采用定步长切片法建立，所述定步长切片法是指每次截平面移动的高度值是固定的。参见图1所示，每一个截面(如图1中的截面S1、S2、S3)都代表平面截油箱一次所得到的截面，定步长切片法不考虑截面面积的变化(如不考虑图1中截面S1、S2、S3面积的变化)，其切割步长保持不变，如图1中的切割步长1与切割步长2是相同的。当油箱形状规则且不存在姿态角时，定步长切片法可以保证建立的燃油质量特性数据库中各表项分布合理，从而保证查表插值结果的误差小；但实际油箱形状多数不规则且姿态角必然存在，定步长切片法中的截面面积变化大，这种情况下并不能保证所建燃油质量特性数据库中各项分布合理，进而影响查表插值法所得燃油量精度。
发明内容
为解决现有存在的技术问题，本发明实施例期望提供一种液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法和系统。
为实现上述发明目的，本发明实施例采用以下方式来实现：
本发明实施例提供了一种液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法，所述方法包括：
针对特定姿态角下的特定容器，获得对所述特定容器进行最初两次平面切割的高度步长；
根据所述最初两次平面切割的高度步长，以及高度步长的自适应调整算法，依次计算后续每一次平面切割的高度步长；
根据对所述特定姿态角下的特定容器的每一次平面切割的高度步长，获得每一次平面切割所使用的切割高度，并计算每一次平面切割所对应的液体质量/体积，最后依此构建所述特定容器在特定姿态角下的液体质量/体积特性数据库。
上述方案中，所述针对特定姿态角下的特定容器，获得对所述特定容器进行最初两次平面切割的高度步长，包括：
获得在所述特定姿态角下，所述特定容器内盛放液体为满时的传感器输出高度Hmax，以及所述特定容器内盛放液体为空时的传感器输出高度Hmin，并设置步长参数Δl；
设定最初两次平面切割的高度步长为：其中，ΔH1表示第1次平面切割的高度步长，ΔH2表示第2次平面切割的高度步长，表示平均高度步长。
上述方案中，所述根据最初两次平面切割的高度步长，以及高度步长的自适应调整算法，依次计算后续每一次平面切割的高度步长，包括：
从第i+1次平面切割开始，按以下方式计算每一次平面切割的高度步长：其中，i>1，且i为整数；ΔHi+1表示第i+1次平面切割的高度步长，表示切片i与切片i-1的平均横截面积之比，ΔVi表示切片i的体积，ΔVi＝Vi-Vi-1，Vi表示第i次平面切割所述特定容器的对应液体体积，Vi-1表示第i-1次平面切割所述特定容器的对应液体体积，ΔVi-1表示切片i-1的体积，ΔV1＝V1；ΔHi表示第i次平面切割的高度步长，ΔHi-1表示第i-1次平面切割的高度步长；f(ki)和g(ki)是关于ki的分段函数，x(ki)和g(ki)的取值用来调整ΔHi+1的大小；
按上述方式依次计算所述后续每一次平面切割的高度步长，直至Hi+1的取值大于或等于Hmax时，结束所述计算过程，其中，Hi+1表示第i+1次切割时切割平面对应的切割高度，ΔHj表示第j次平面切割的高度步长。
上述方案中，所述根据对特定姿态角下的特定容器的每一次平面切割的高度步长，获得每一次平面切割所使用的切割高度，并计算每一次平面切割所对应的液体质量/体积，最后依此构建所述特定容器在特定姿态角下的液体质量/体积特性数据库，包括：
针对第n次平面切割，用切割高度为的液体平面切割所述特定容器，利用预设的体积/质量算法计算得到第n次平面切割所述特定容器的对应液体体积/质量并存入数据库；所述数据库中保存的是所述特定姿态角下每一个Hn所对应的液体体积/质量，n为正整数；
所述数据库中还保存Hmin对应的液体体积/质量、以及Hmax对应的液体体积/质量。
上述方案中，所述方法还包括：
若ki的值越接近1，则表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越小，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来增大ΔHi+1；
若ki的值越远离1，则表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越大，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来减小ΔHi+1。
本发明实施例还提供了一种液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库系统，所述系统包括：
步长初始化单元，用于针对特定姿态角下的特定容器，获得对所述特定容器进行最初两次平面切割的高度步长；
步长计算单元，用于根据所述最初两次平面切割的高度步长，以及高度步长的自适应调整算法，依次计算后续每一次平面切割的高度步长；
数据库构建单元，用于根据对所述特定姿态角下的特定容器的每一次平面切割的高度步长，获得每一次平面切割所使用的切割高度，并计算每一次平面切割所对应的液体质量/体积，最后依此构建所述特定容器在特定姿态角下的液体质量/体积特性数据库。
上述方案中，所述步长初始化单元进一步用于：
获得在所述特定姿态角下，所述特定容器内盛放液体为满时的传感器输出高度Hmax，以及所述特定容器内盛放液体为空时的传感器输出高度Hmin，并设置步长参数Δl；
设定最初两次平面切割的高度步长为：其中，ΔH1表示第1次平面切割的高度步长，ΔH2表示第2次平面切割的高度步长，表示平均高度步长。
上述方案中，所述步长计算单元进一步用于：
从第i+1次平面切割开始，按以下方式计算每一次平面切割的高度步长：其中，i>1，且i为整数；ΔHi+1表示第i+1次平面切割的高度步长，表示切片i与切片i-1的平均横截面积之比，ΔVi表示切片i的体积，ΔVi＝Vi-Vi-1，Vi表示第i次平面切割所述特定容器的对应液体体积，Vi-1表示第i-1次平面切割所述特定容器的对应液体体积，ΔVi-1表示切片i-1的体积，ΔV1＝V1；ΔHi表示第i次平面切割的高度步长，ΔHi-1表示第i-1次平面切割的高度步长；f(ki)和g(ki)是关于ki的分段函数，f(ki)和g(ki)的取值用来调整ΔHi+1的大小；
按上述方式依次计算所述后续每一次平面切割的高度步长，直至Hi+1的取值大于或等于Hmax时，结束所述计算过程，其中，Hi+1表示第i+1次切割时切割平面对应的切割高度，ΔHj表示第j次平面切割的高度步长。
上述方案中，所述数据库构建单元进一步用于：
针对第n次平面切割，用切割高度为的液体平面切割所述特定容器，利用预设的体积/质量算法计算得到第n次平面切割所述特定容器的对应液体体积/质量并存入数据库；所述数据库中保存的是所述特定姿态角下每一个Hn所对应的液体体积/质量，n为正整数；
所述数据库中还保存Hmin对应的液体体积/质量、以及Hmax对应的液体体积/质量。
上述方案中，所述步长计算单元进一步用于：
ki的值越接近1，表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越小，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来增大ΔHi+1；
ki的值越远离1，表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越大，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来减小ΔHi+1。
本发明实施例所提供的一种液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法和系统，通过建立切片法中切割步长与不规则容器切割截面面积之间的函数关系，在每一次切割前实现自适应调整切割步长，从而保证最终建立的液体质量特性数据库中的各表项数据分布合理，减小插值结果与真实值之间的误差，进而提高液体的质量或体积测量精度。
附图说明
图1为现有技术中采用定步长切片法建立燃油质量特性数据库的示意图；
图2为本发明实施例一的液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法的流程示意图；
图3a-3c为本发明实施例中姿态角的示意图；
图4为本发明实施例中一油箱的区域划分示意图；
图5为本发明实施例二的液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库系统的组成结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步详细阐述。
本申请的发明人发现：在执行对油箱内的燃油质量/体积解算时，若不同切片的油平面横截面积固定不变，则对燃油高度进行线性插值时的质量/体积误差为零；但在实际情况中，不同燃油高度下油平面的横截面积变化率差异较大，用传统的定步长切片叠加法所建立的数据库进行燃油质量/体积解算时，横截面积变化率大的切片处高度插值误差很大，这导致查表线性插值所得燃油质量/体积的测量结果误差很大。
为解决上述测量误差大的问题，本发明实施例提出一种能够以自适应步长的方式来建立燃油质量/体积特性数据库的方法，即根据油平面横截面积的变化，来自适应的调整燃油高度的切割步长的变化，从而尽量保证所建燃油质量/体积特性数据库中各项分布合理(即保证燃油高度步长对应的燃油量插值结果更接近于实际燃油量)，减小插值误差(即尽量使插值结果与真实值接近)，以使通过查表插值法所得燃油量(质量或体积)尽量精准。而又由于本发明实施例的思想并不仅限于对燃油质量/体积特性数据库的建立，其对任何液体的质量或体积测量都是适用的，只要是属于盛装液体的容器形状不规则且有姿态角存在的情形，本发明实施例的思想或方法应当都有应用前景。因此，本发明实施例后续描述为一种液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法和系统，以表明其并不仅限于针对燃油的测量。
实施例一
本发明实施例一提供了一种液体质量特性数据库的自适应步长建库方法，如图2所示，该方法主要包括：
步骤201，针对特定姿态角下的特定容器，获得对所述特定容器进行最初两次平面切割的高度步长。
具体的，获得在所述特定姿态角下，所述特定容器内盛放液体为满时的传感器输出高度Hmax，以及所述特定容器内盛放液体为空时的传感器输出高度Hmin，并设置步长参数Δl，Δl以百分比方式定义，Δl的优选取值范围为1％～5％，例如2％；
设定最初两次平面切割的高度步长为：其中，ΔH1表示第1次平面切割的高度步长，ΔH2表示第2次平面切割的高度步长，表示平均高度步长。所述平面切割的高度步长，即是指本次平面切割相比前一次平面切割所升高的高度，例如：第i+1次平面切割的高度步长是指，第i+1次平面切割相比第i次平面切割所升高的高度。
需要说明的是，由于本发明实施例的方法在计算第i+1次切割的高度步长时要用到第i次和第i-1次切割的高度步长，而第1次切割的高度步长ΔH1和第2次切割的高度步长ΔH2无法计算得到，因此本发明实施例采用赋值的方法来确定ΔH1和ΔH2。而Δl的取值直接决定了ΔH1和ΔH2的取值，实际应用中，Δl的取值为多次仿真实验得到的经验值；Δl的取值也可以与盛装液体的容器形状的复杂程度有关，对于形状复杂的容器(通常截面面积变化较大，要求步长较小)，Δl的取值可以相对较小，反之，对于形状简单的容器(通常截面面积变化较小，要求步长较大)，Δl的取值可以相对较大。
另外，本发明实施例所述的姿态角可以是俯仰角、滚转角等等。如图3a-3c所示，容器相对静止时，建立图3a所示的坐标系；其中，俯仰角是容器绕x轴旋转后与地平面之间的夹角，参见图3b中的α角；滚转角是容器绕y轴旋转后与地平面之间的夹角，参见图3c中的β角。
本发明实施例所述的特定容器既可以是指盛装液体的整个容器，也可以是指对盛装液体的整个容器进行区域划分得到的多个子容器。例如，参见图4，用于盛装燃油的油箱内置有3根传感器K1、K2和K3，那么根据传感器在油箱内的分布情况，可以将油箱划分为V1、V2和V3这三个子油箱，V1中包括传感器K1，V2中包括传感器K2，V3中包括传感器K3，实际油箱中并没有图4中虚线围成的挡板，这些虚线挡板是抽象出来的，也就是说，子油箱V1、V2和V3是虚拟划分；本发明实施例可以分别针对V1、V2和V3这三个子油箱各自建立质量/体积特性数据库，即可以分别建立子油箱V1在不同俯仰角和/或滚转角下的各个质量/体积特性数据库(该数据库只反映V1内的燃油质量/体积特性)，建立V2在不同俯仰角和/或滚转角下的各个质量/体积特性数据库(该数据库只反映V2内的燃油质量/体积特性)，建立V3在不同俯仰角和/或滚转角下的各个质量/体积特性数据库(该数据库只反映V3内的燃油质量/体积特性)。
再有，本发明实施例的Hmin和Hmax可以通过计算获得，例如：针对一个燃油油箱，在计算机平台中建立相应的油箱模型，计算机平台根据所建油箱模型计算相应的Hmin和Hmax，Hmin表示油箱模型内盛放燃油为空时的传感器输出高度，Hmax表示油箱模型内盛放燃油为满时的传感器输出高度。
步骤202，根据所述最初两次平面切割的高度步长，以及高度步长的自适应调整算法，依次计算后续每一次平面切割的高度步长。
具体的，从第i+1次平面切割开始，按以下方式计算每一次平面切割的高度步长：其中，i>1，且i为整数；ΔHi+1表示第i+1次平面切割的高度步长，表示切片i与切片i-1的平均横截面积之比(即第i次切割所得切片的平均横截面积与第i-1次切割所得切片的平均横截面积之比)，ΔVi表示切片i的体积，ΔVi＝Vi-Vi-1，Vi表示第i次平面切割所述特定容器的对应液体体积，Vi-1表示第i-1次平面切割所述特定容器的对应液体体积，ΔVi-1表示切片i-1的体积，ΔVi-1＝Vi-1-Vi-2，ΔV1＝V1；ΔHi表示第i次平面切割的高度步长，ΔHi-1表示第i-1次平面切割的高度步长；f(ki)和g(ki)是关于ki的分段函数，f(ki)和g(ki)的取值用来调整ΔHi+1的大小；
按上述方式依次计算所述后续每一次平面切割的高度步长，直至Hi+1的取值大于或等于Hmax时，结束所述计算过程，其中，Hi+1表示第i+1次切割时切割平面对应的切割高度，ΔHj表示第j次平面切割的高度步长。
需要说明的是，若ki的值越接近1，则表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越小，此时高度插值误差就比较小，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来适当增大ΔHi+1，从而使高度差值误差基本不变的情况下，减小数据库的数据项数；
若ki的值越远离1(如ki越大于1或越接近于0)，则表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越大(即横截面积增加或减小得越快)，此时高度插值的误差就比较大，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来减小ΔHi+1，从而减小高度插值误差。
步骤203，根据对所述特定姿态角下的特定容器的每一次平面切割的高度步长，获得每一次平面切割所使用的切割高度(即通过高度步长得到每一次平面切割所使用的切割高度)，并计算每一次平面切割所对应的液体质量/体积，最后依此构建所述特定容器在特定姿态角下的液体质量/体积特性数据库。
具体的，针对第n次平面切割，用切割高度为的液体平面切割所述特定容器，利用预设的体积/质量算法计算得到第n次平面切割所述特定容器的对应液体体积/质量并存入数据库；所述数据库中保存的是所述特定姿态角下每一个Hn所对应的液体体积/质量，n为正整数；所述数据库中还保存Hmin对应的液体体积/质量、以及Hmax对应的液体体积/质量。也就是说，切片i的体积ΔVi＝Vi-Vi-1，特别地，ΔV1＝V1，那么，ΔV2＝V2-V1，ΔV3＝V3-V2，依此类推。
其中，根据切割高度计算液体体积/质量的算法本发明实施例不作限制，现有技术中的很多算法都可以实现。
实施例二
对应本发明实施例一的液体质量特性数据库的自适应步长建库方法，本发明实施例二提供了一种液体质量特性数据库的自适应步长建库系统，如图5所示，该系统主要包括：
步长初始化单元10，用于针对特定姿态角下的特定容器，获得对所述特定容器进行最初两次平面切割的高度步长；
步长计算单元20，用于根据所述最初两次平面切割的高度步长，以及高度步长的自适应调整算法，依次计算后续每一次平面切割的高度步长；
数据库构建单元30，用于根据对所述特定姿态角下的特定容器的每一次平面切割的高度步长，获得每一次平面切割所使用的切割高度，并计算每一次平面切割所对应的液体质量/体积，最后依此构建所述特定容器在特定姿态角下的液体质量/体积特性数据库。
其中，步长初始化单元10进一步用于，
获得在所述特定姿态角下，所述特定容器内盛放液体为满时的电容传感器输出高度Hmax，以及所述特定容器内盛放液体为空时的电容器传感器输出高度Hmin，并设置步长参数Δl，Δl以百分比方式定义，Δl的优选取值范围为1％～5％，例如2％；
设定最初两次平面切割的高度步长为：其中，ΔH1表示第1次平面切割的高度步长，ΔH2表示第2次平面切割的高度步长，表示平均高度步长。所述平面切割的高度步长，即是指本次平面切割相比前一次平面切割所升高的高度，例如：第i+1次平面切割的高度步长是指，第i+1次平面切割相比第i次平面切割所升高的高度。
需要说明的是，由于本发明实施例的方法在计算第i+1次切割的高度步长时要用到第i次和第i-1次切割的高度步长，而第1次切割的高度步长ΔH1和第2次切割的高度步长ΔH2无法计算得到，因此本发明实施例采用赋值的方法来确定ΔH1和ΔH2。而Δl的取值直接决定了ΔH1和ΔH2的取值，实际应用中，Δl的取值为多次仿真实验得到的经验值；Δl的取值也可以与盛装液体的容器形状的复杂程度有关，对于形状复杂的容器(通常截面面积变化较大，要求步长较小)，Δl的取值可以相对较小，反之，对于形状简单的容器(通常截面面积变化较小，要求步长较大)，Δl的取值可以相对较大。
步长计算单元20进一步用于，
从第i+1次平面切割开始，按以下方式计算每一次平面切割的高度步长：其中，i>1，且i为整数；ΔHi+1表示第i+1次平面切割的高度步长，表示切片i与切片i-1的平均横截面积之比(即第i次切割所得切片的平均横截面积与第i-1次切割所得切片的平均横截面积之比)，ΔVi表示切片i的体积，ΔVi＝Vi-Vi-1，Vi表示第i次平面切割所述特定容器的对应液体体积，Vi-1表示第i-1次平面切割所述特定容器的对应液体体积，ΔVi-1表示切片i-1的体积，ΔVi-1＝Vi-1-Vi-2，ΔV1＝V1；ΔHi表示第i次平面切割的高度步长，ΔHi-1表示第i-1次平面切割的高度步长；f(ki)和g(ki)是关于ki的分段函数，f(ki)和g(ki)的取值用来调整ΔHi+1的大小；
按上述方式依次计算所述后续每一次平面切割的高度步长，直至Hi+1的取值大于或等于Hmax时，结束所述计算过程，其中，Hi+1表示第i+1次切割时切割平面对应的切割高度，ΔHj表示第j次平面切割的高度步长。
数据库构建单元30进一步用于，针对第n次平面切割，用切割高度为的液体平面切割所述特定容器，利用预设的体积/质量算法计算得到第n次平面切割所述特定容器的对应液体体积/质量并存入数据库；所述数据库中保存的是所述特定姿态角下每一个Hn所对应的液体体积/质量，n为正整数；
所述数据库中还保存Hmin对应的液体体积/质量、以及Hmax对应的液体体积/质量。
步长计算单元20进一步用于，
ki的值越接近1，表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越小，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来适当增大ΔHi+1，从而使高度差值误差基本不变的情况下，减小数据库的数据项数；
ki的值越远离1(如ki越大于1或越接近于0)，表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越大(即横截面积增加或减小得越快)，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来减小ΔHi+1，从而减小高度插值误差。
上述步长初始化单元10、步长计算单元20和数据库构建单元30可以由本发明实施例所述系统的中央处理器(CPU，Central Processing Unit)、微处理器(MPU，MicroProcessing Unit)、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)或可编程逻辑阵列(FPGA，Field－Programmable Gate Array)实现。
下面结合一些更具体的示例，对上述本发明实施例的液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法和系统进一步详细说明。
以图4所示的油箱为例，以下示例为图4所示的油箱建立燃油质量特性数据库。首先，图4所示的油箱内设置有3根传感器K1、K2和K3，本示例根据传感器在油箱内的分布情况，将油箱划分为V1、V2和V3这三个子油箱，V1中包括传感器K1，V2中包括传感器K2，V3中包括传感器K3，那么，V1、V2和V3这三个子油箱的燃油量之和即为油箱的总燃油量；实际油箱中并没有图4中虚线围成的挡板，这些虚线挡板是抽象出来的，也就是说，子油箱V1、V2和V3是虚拟划分。本示例分别针对V1、V2和V3这三个子油箱各自建立质量特性数据库，即可以分别建立子油箱V1在不同姿态角下的各个质量特性数据库(该数据库只反映V1内的燃油质量特性)，建立V2在不同姿态角下的各个质量特性数据库(该数据库只反映V2内的燃油质量特性)，建立V3在不同姿态角下的各个质量特性数据库(该数据库只反映V3内的燃油质量特性)。
下面以建立子油箱V1在不同姿态角下的各个质量特性数据库为例进行说明，而子油箱V2和V3的质量特性数据库建立方法与子油箱V1的质量特性数据库建立方法相同。V1的质量特性数据库的具体建立过程如下：
S1、根据图4所示的燃油油箱，在计算机平台中建立相应的油箱模型，并按照油箱内的传感器分布情况划分为V1、V2和V3这三个子油箱(当然，实际应用中也可以按其他因素来划分子油箱，并不仅限于按传感器的分布情况来划分，但至少需保证划分的每个子油箱内都有传感器)；
S2、获得在某一姿态角下(所述姿态角为预设的姿态角集合中的一个)，子油箱V1内满油时对应传感器输出高度Hmax、以及子油箱V1内空油时对应传感器输出高度Hmin，并设置步长参数Δl，Δl以百分比方式定义，Δl的取值为2％；设定最初两次平面切割子油箱V1的高度步长为：其中，ΔH1表示第1次平面切割子油箱V1的高度步长，ΔH2表示第2次平面切割子油箱V1的高度步长，表示平均高度步长；
S3、从第i+1次平面切割开始，按以下方式计算每一次平面切割子油箱V1的高度步长：其中，i>1，且i为整数；ΔHi+1表示第i+1次平面切割子油箱V1的高度步长，表示切片i与切片i-1的平均横截面积之比(即第i次切割所得切片的平均横截面积与第i-1次切割所得切片的平均横截面积之比)，ΔVi表示切片i的体积，ΔVi＝Vi-Vi-1，Vi表示第i次平面切割所述特定容器的对应液体体积，Vi-1表示第i-1次平面切割所述特定容器的对应液体体积，ΔVi-1表示切片i-1的体积，ΔVi-1＝Vi-1-Vi-2，ΔV1＝V1；ΔHi表示第i次平面切割的高度步长，ΔHi-1表示第i-1次平面切割的高度步长；f(ki)和g(ki)是关于ki的分段函数，f(ki)和g(ki)的取值用来调整ΔHi+1的大小；
按上述方式依次计算所述后续每一次平面切割的高度步长，直至Hi+1的取值大于或等于Hmax时，结束所述计算过程，其中，Hi+1表示第i+1次切割时切割平面对应的切割高度，ΔHj表示第j次平面切割的高度步长；也就是说，随着切割高度的不断升高，在切割高度大于或等于Hmax时，结束ΔHj的计算过程；
其中，f(ki)和g(ki)的取值是用来调整ΔHi+1的大小的，原则如下：
若ki的值越接近1，则表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越小，此时高度插值误差就比较小，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来增大ΔHi+1；若ki的值越远离1(如ki越大于1或越接近于0)，则表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越大(即横截面积增加或减小得越快)，此时高度插值的误差就比较大，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来减小ΔHi+1，从而减小高度插值误差；
一种f(ki)和g(ki)的分段函数如下：
| k<sub>i</sub>的取值 | f(k<sub>i</sub>) | g(k<sub>i</sub>) |
| >1.3 | 1/2.5 | 0 |
| (1.06,1.3] | 1/(k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>) | 0 |
| (1.02,1.06] | 1/(k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>) | 0 |
| (0.998,1.02] | 0.6 | 0.7 |
| (0.95,0.998] | 1/(k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>) | 0 |
| (0.75,0.95] | 1/(k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>×k<sub>i</sub>) | 0 |
| 其他情况 | 1/3 | 0 |
本发明实施例的分段函数是根据实际需要来设定的；
S4、针对第n次平面切割，用切割高度为的液体平面切割所述特定容器，利用预设的质量算法计算得到第n次平面切割所述特定容器的对应液体质量并存入数据库；所述数据库中保存的是所述特定姿态角下每一个Hn所对应的液体质量，n为正整数，特别地，ΔV1＝V1；所述数据库中还保存所述特定姿态角下Hmin对应的液体质量、以及Hmax对应的液体质量；
S5、改变姿态角(即从预设姿态角集合中选择另一个姿态角)，重复执行上述S2～S4，直至建立完针对预设姿态角集合中所有姿态角下的燃油质量特性数据库；至此，子油箱V1在不同姿态角下的全部质量特性数据库建立完毕。
采用上述S2～S5同样的方法，可以实现建立子油箱V2和V3的质量特性数据库。待子油箱V1、V2和V3的质量特性数据库都建立完毕后，图4所示油箱的质量特性数据库即建立完毕，也就是说，图4所示油箱的质量特性数据库即是由子油箱V1、V2和V3的质量特性数据库组成的。具体的，子油箱V1的质量特性数据库中保存的是在各个不同的姿态角下各个不同的燃油高度所对应的V2内的燃油质量，子油箱V2的质量特性数据库中保存的是在各个不同的姿态角下各个不同的燃油高度所对应的V2内的燃油质量，子油箱V3的质量特性数据库中保存的是在各个不同的姿态角下各个不同的燃油高度所对应的V3内的燃油质量。
基于上述示例中所建立的燃油质量特性数据库的查表插值过程为：
在T1时刻，根据传感器S1输出的燃油高度1、以及T1时刻油箱的姿态角，查找子油箱V1的燃油质量特性数据库，获得在相应姿态角下燃油高度1对应的燃油质量1；
根据传感器S2输出的燃油高度2、以及T1时刻油箱的姿态角，查找子油箱V2的燃油质量特性数据库，获得在相应姿态角下燃油高度2对应的燃油质量2；
根据传感器S3输出的燃油高度3、以及T1时刻油箱的姿态角，查找子油箱V3的燃油质量特性数据库，获得在相应姿态角下燃油高度3对应的燃油质量3；
将所述燃油质量1、燃油质量2和燃油质量3相加，其结果即为T1时刻油箱内的燃油质量。
本发明实施例相比现有的定步长建库方法，至少具有如下优势：
所建液体质量特性数据库中的表项数据分布合理。本发明实施例通过建立切片法中切割步长与不规则容器切割截面面积之间的函数关系，在每一次切割前实现自适应调整切割步长，从而保证最终建立的液体质量特性数据库中的各表项数据分布合理，减小插值结果与真实值之间的误差，进而提高液体的质量或体积测量精度。与定步长切片法相比，自适应步长切片法最大能够减少查表插值法解算液体体积相对误差达0.5％，有效提高液体测量的精度。要知道，在载人飞行器的燃油测量领域，燃油测量精度每提高0.5％，就可以至少多载2～3名乘客。
在仿真实验中，以油箱容积为391589.871mL为例，来验证本发明实施例的技术方案效果。经验证，采用本发明实施例的技术方案，其最大绝对误差为236.082mL，最大绝对误差为油箱实际容积的0.0603％，而相对体积误差(绝对误差/实际体积)控制在0.45％以内；在数据库规模大小近似相同的条件下，这相比较现有定步长法所得结果，相对误差减少了0.01％—0.5％不等，而对大型客机来说，燃油测量精度每提高0.5％，就可以至少增加2～3名乘客。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、装置和电子设备，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明实施例上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
鉴于此，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质包括一组计算机可执行指令，所述指令用于执行本发明实施例所述的液体质量特性数据库的自适应步长建库方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法，其特征在于，所述方法包括：
针对特定姿态角下的特定容器，获得对所述特定容器进行最初两次平面切割的高度步长；
根据所述最初两次平面切割的高度步长，以及高度步长的自适应调整算法，依次计算后续每一次平面切割的高度步长；
根据对所述特定姿态角下的特定容器的每一次平面切割的高度步长，获得每一次平面切割所使用的切割高度，并计算每一次平面切割所对应的液体质量/体积，最后依此构建所述特定容器在特定姿态角下的液体质量/体积特性数据库；
其中，所述针对特定姿态角下的特定容器，获得对所述特定容器进行最初两次平面切割的高度步长，包括：
获得在所述特定姿态角下，所述特定容器内盛放液体为满时的传感器输出高度Hmax，以及所述特定容器内盛放液体为空时的传感器输出高度Hmin，并设置步长参数Δl；
设定最初两次平面切割的高度步长为：其中，ΔH1表示第1次平面切割的高度步长，ΔH2表示第2次平面切割的高度步长，表示平均高度步长；
其中，所述根据最初两次平面切割的高度步长，以及高度步长的自适应调整算法，依次计算后续每一次平面切割的高度步长，包括：
从第i+1次平面切割开始，按以下方式计算每一次平面切割的高度步长：其中，i>1，且i为整数；ΔHi+1表示第i+1次平面切割的高度步长，表示切片i与切片i-1的平均横截面积之比，ΔVi表示切片i的体积，ΔVi＝Vi-Vi-1，Vi表示第i次平面切割所述特定容器的对应液体体积，Vi-1表示第i-1次平面切割所述特定容器的对应液体体积，ΔVi-1表示切片i-1的体积，ΔV1＝V1；ΔHi表示第i次平面切割的高度步长，ΔHi-1表示第i-1次平面切割的高度步长；f(ki)和g(ki)是关于ki的分段函数，f(ki)和g(ki)的取值用来调整ΔHi+1的大小；
按上述方式依次计算所述后续每一次平面切割的高度步长，直至Hi+1的取值大于或等于Hmax时，结束所述计算过程，其中，Hi+1表示第i+1次切割时切割平面对应的切割高度，ΔHj表示第j次平面切割的高度步长。
2.根据权利要求1所述液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法，其特征在于，所述根据对特定姿态角下的特定容器的每一次平面切割的高度步长，获得每一次平面切割所使用的切割高度，并计算每一次平面切割所对应的液体质量/体积，最后依此构建所述特定容器在特定姿态角下的液体质量/体积特性数据库，包括：
针对第n次平面切割，用切割高度为的液体平面切割所述特定容器，利用预设的体积/质量算法计算得到第n次平面切割所述特定容器的对应液体体积/质量并存入数据库；所述数据库中保存的是所述特定姿态角下每一个Hn所对应的液体体积/质量，n为正整数；所述数据库中还保存Hmin对应的液体体积/质量、以及Hmax对应的液体体积/质量。
3.根据权利要求1或2所述液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库方法，其特征在于，所述方法还包括：
若ki的值越接近1，则表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越小，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来增大ΔHi+1；
若ki的值越远离1，则表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越大，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来减小ΔHi+1。
4.一种液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库系统，其特征在于，所述系统包括：
步长初始化单元，用于针对特定姿态角下的特定容器，获得对所述特定容器进行最初两次平面切割的高度步长；
步长计算单元，用于根据所述最初两次平面切割的高度步长，以及高度步长的自适应调整算法，依次计算后续每一次平面切割的高度步长；
数据库构建单元，用于根据对所述特定姿态角下的特定容器的每一次平面切割的高度步长，获得每一次平面切割所使用的切割高度，并计算每一次平面切割所对应的液体质量/体积，最后依此构建所述特定容器在特定姿态角下的液体质量/体积特性数据库；
所述步长初始化单元进一步用于：
获得在所述特定姿态角下，所述特定容器内盛放液体为满时的传感器输出高度Hmax，以及所述特定容器内盛放液体为空时的传感器输出高度Hmin，并设置步长参数Δl；
设定最初两次平面切割的高度步长为：其中，ΔH1表示第1次平面切割的高度步长，ΔH2表示第2次平面切割的高度步长，表示平均高度步长；
所述步长计算单元进一步用于：
从第i+1次平面切割开始，按以下方式计算每一次平面切割的高度步长：其中，i>1，且i为整数；ΔHi+1表示第i+1次平面切割的高度步长，表示切片i与切片i-1的平均横截面积之比，Vi-1表示切片i的体积，ΔVi＝Vi-Vi-1，Vi表示第i次平面切割所述特定容器的对应液体体积，Vi-1表示第i-1次平面切割所述特定容器的对应液体体积，Vi-1表示切片i-1的体积，ΔV1＝V1；ΔHi表示第i次平面切割的高度步长，ΔHi-1表示第i-1次平面切割的高度步长；f(ki)和g(ki)是关于ki的分段函数，f(ki)和g(ki)的取值用来调整ΔHi+1的大小；
按上述方式依次计算所述后续每一次平面切割的高度步长，直至Hi+1的取值大于或等于Hmax时，结束所述计算过程，其中，Hi+1表示第i+1次切割时切割平面对应的切割高度，ΔHj表示第j次平面切割的高度步长。
5.根据权利要求4所述液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库系统，其特征在于，所述数据库构建单元进一步用于：
针对第n次平面切割，用切割高度为的液体平面切割所述特定容器，利用预设的体积/质量算法计算得到第n次平面切割所述特定容器的对应液体体积/质量并存入数据库；所述数据库中保存的是所述特定姿态角下每一个Hn所对应的液体体积/质量，n为正整数；
所述数据库中还保存Hmin对应的液体体积/质量，以及Hmax对应的液体体积/质量。
6.根据权利要求4或5所述液体质量/体积特性数据库的自适应步长建库系统，其特征在于，所述步长计算单元进一步用于：
ki的值越接近1，表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越小，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来增大ΔHi+1；
ki的值越远离1，表示切片i相比切片i-1的横截面积变化越大，通过f(ki)和g(ki)的取值调整来减小ΔHi+1。
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