CN111177894B - 基于支持向量机模型的红外笼加热功率修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于支持向量机模型的红外笼加热功率修正方法，包括通过卫星热仿真模型获得卫星在轨不同阶段的外热流密度和星体温度；在真空罐内开展红外笼标定试验，获得不同红外笼加热功率对应的星体温度、黑片温度，作为模型训练样本；基于支持向量机建立红外笼加热功率与星体温度、理论黑片温度的关系模型，通过对标定试验所得训练样本的学习，获得模型参数。本发明所采用的支持向量机模型，在高维特征空间内映射红外笼加热功率与各影响因素之间的关系，拟合精度更高，可有效提高红外笼模拟外热流的精度，提高卫星热平衡试验的准确度，确保卫星热控设计能够得到有效的验证。

Description

基于支持向量机模型的红外笼加热功率修正方法

技术领域

本发明涉及卫星地面真空热试验中的红外笼模拟外热流领域，具体地，涉及一种基于支持向量机模型的红外笼加热功率修正方法。

背景技术

卫星研制过程中，为验证热控设计的正确性，需要开展热平衡试验获取整星温度场数据。红外加热笼是卫星地面真空热试验中模拟外热流的常用方法之一，但由于红外笼与卫星侧板间的多次反射以及黑片安装位置和安装方式等多种因素，造成单纯按照黑片控制红外笼加热功率存在一定的模拟偏差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于支持向量机模型的红外笼加热功率修正方法。

根据本发明提供的一种基于支持向量机模型的红外笼加热功率修正方法，包括如下步骤：

步骤S1：通过卫星热仿真模型获得卫星在轨不同阶段的外热流密度q_r ⁱ和星体温度T_c ⁱ,i＝1,...,N；

步骤S2：在真空罐内开展红外笼标定试验，获得不同红外笼加热功率对应的星体温度、黑片温度，作为模型训练样本；

步骤S3：基于支持向量机建立红外笼加热功率与星体温度、理论黑片温度的关系模型，通过对红外笼标定试验所得的模型训练样本的学习，获得模型参数。

优选地，所述步骤S1中的N为卫星地面热平衡试验的工况数量。

优选地，所述步骤S2包括：

步骤S21：根据星体温度T_c ⁱ(i＝1,...,N)，计算各工况卫星侧板上加热片的加热功率P_i，

根据侧板目标外热流密度q_r ⁱ(i＝1,...,N)，计算黑片理论温度

其中ε为卫星侧板外表面的红外发射率，σ＝5.67×10^-8为玻尔兹曼常数；

步骤S22：给卫星侧板粘贴的加热器施加功率P_i；

步骤S23：采用PID控制算法控制红外加热笼功率，使得黑片温度达到设计值

步骤S24：记录各工况达到平衡状态时的红外笼加热功率

和卫星星体温度(T_c')ⁱ。

优选地，基于支持向量机建立的红外笼加热功率Q_in与星体温度T_c'、理论黑片温度T_r的关系模型如下所示：

其中：模型参数α_i和b通过对样本数据的学习获得；模型训练所需样本序列为红外笼标定试验所得数据，即

模型训练过程通过求解下式完成：

其中x₁表示第一组数据样本的输入，x₂表示第二组数据样本的输入，x_N表示第N组数据样本的输入，K(x_i,x_j)表示支持向量机模型的核函数，C表示支持向量机模型的正规化参数。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明设计了一种地面红外笼标定试验方法，并基于对红外笼标定试验所得样本数据的学习，建立了红外笼加热器功率支持向量机模型，用于修正试验过程中因黑片安装方式、安装位置以及多次反射引起的外热流模拟误差，拟合精度更高，可有效提高卫星地面热试验红外笼模拟外热流的精度，提高整星真空热试验的准确度和有效性。增强了地面热试验的有效性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的基于支持向量机建立的红外笼加热功率修正模型示意图；

图2为为本发明中为获取支持向量机模型训练所需样本开展的真空罐内红外笼标定试验示意图。

图中示出：

红外加热笼 1

卫星侧板 2

红外笼支撑工装 3

玻璃钢隔热垫块 4

真空罐内小车 5

多层隔热组件 6

加热器 7

黑片 8

温度传感器 9

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种基于支持向量机模型的红外笼加热功率修正方法，具体实施步骤如下：

步骤1、通过卫星热仿真模型获得卫星在轨不同阶段的外热流密度q_r ⁱ和星体温度T_c ⁱ,i＝1,...,N；

步骤2、在真空罐内开展红外笼标定试验，获得不同红外笼加热功率对应的星体温度、黑片温度，作为模型训练样本；

红外笼标定试验中各设备的安装如图2所示，包括红外加热笼1、卫星侧板2、红外笼支撑工装3、玻璃钢隔热垫块4、真空罐内小车5、多层隔热组件6、加热器7、黑片8以及温度传感器9。多层隔热组件[6]包覆在卫星侧板1背向红外笼的面。

红外笼标定试验的实施方法如下：

步骤S1：根据星体温度T_c ⁱ(i＝1,...,N)，计算各工况卫星侧板上加热片的加热功率P_i，

根据侧板目标外热流密度q_r ⁱ(i＝1,...,N)，计算黑片理论温度

其中ε为卫星侧板[2]外表面的红外发射率，σ＝5.67×10^-8为玻尔兹曼常数；

步骤S2：给卫星侧板粘贴的加热器7施加功率P_i；

步骤S3：采用PID控制算法控制红外加热笼1功率，使得黑片8温度达到设计值

步骤S4：记录各工况达到平衡状态时的红外笼加热功率

和卫星星体温度(T_c')ⁱ。

步骤3：基于支持向量机建立红外笼加热功率Q_in与星体温度T_c'、理论黑片温度T_r的关系模型如下：

模型参数α_i和b通过对样本数据的学习获得。

模型训练所需样本序列为红外笼标定试验所得数据，即

模型训练过程通过求解下式完成。

其中x₁表示第一组数据样本的输入，x₂表示第二组数据样本的输入，x_N表示第N组数据样本的输入，K(x_i,x_j)表示支持向量机模型的核函数，C表示支持向量机模型的正规化参数。

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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种基于支持向量机模型的红外笼加热功率修正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：通过卫星热仿真模型获得卫星在轨不同阶段的外热流密度q_r ⁱ和星体温度T_c ⁱ,i=1,...,N；

步骤S2：在真空罐内开展红外笼标定试验，获得不同红外笼加热功率对应的星体温度、黑片温度，作为模型训练样本；

步骤S3：基于支持向量机建立红外笼加热功率与星体温度、理论黑片温度的关系模型，通过对红外笼标定试验所得的模型训练样本的学习，获得模型参数；

基于支持向量机建立红外笼加热功率

与星体温度/>

、理论黑片温度/>

的关系模型如下：

模型参数

和b通过对样本数据的学习获得；

模型训练所需样本序列为红外笼标定试验所得数据，即

，模型训练过程通过求解下式完成；

其中x₁表示第一组数据样本的输入，x₂表示第二组数据样本的输入，x_N表示第N组数据样本的输入，

表示支持向量机模型的核函数，C表示支持向量机模型的正规化参数。

2.根据权利要求1所述的基于支持向量机模型的红外笼加热功率修正方法，其特征在于，所述步骤S1中的N为卫星地面热平衡试验的工况数量。

3.根据权利要求1所述的基于支持向量机模型的红外笼加热功率修正方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

步骤S21：根据星体温度T_c ⁱ（i=1,...,N），计算各工况卫星侧板上加热片的加热功率P _i，

；根据侧板目标外热流密度q_r ⁱ（i=1,...,N），计算黑片理论温度/>

，/>

，其中/>

为卫星侧板外表面的红外发射率，/>

为玻尔兹曼常数；

步骤S22：给卫星侧板粘贴的加热器施加功率P _i；

步骤S23：采用PID控制算法控制红外加热笼功率，使得黑片温度达到设计值

；

步骤S24：记录各工况达到平衡状态时的红外笼加热功率

和卫星星体温度/>

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