CN112230693A - 基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及温度控制技术领域，具体为基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，S1、通过可以高速旋转的红外反射镜将物体表面的红外辐射反射至红外测温传感器的测温头，红外反射镜沿设定的运动路径高速转动，实时测量物体表面不同点的温度；S2、将区域按照最小单元面积进行分组，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合。本发明通过在算法中加入区域信息，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合，并且根据区域大小自适应调节器的参数，根据不同面接的大小区域设定不同的响应速度，调整激光器的功率，来实现快速全面准确的控制被测对象表面局部区域的温度，降低温控难度，提高温控准确度。
Description
技术领域
本发明涉及温度控制技术领域，具体为基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法。
背景技术
温度是过程控制系统中重要的被控变量之一，工业现场通常采用非接触式测温方式，而检测方式包括热膨胀原理法、压力温度原理法、热效应法、热电阻原理法及热辐射原理法等，其中热电阻原理法是最成熟的方法之一，它的测温原理是根据导体或者半导体的电阻值随温度变化的性质，将电阻值的变化用显示仪表反映出来，从而达到测温目的。
现有技术中温度控制大多采用点采集的形式，也即在测温时实质上只有单点的温度是准确的，在此基础上进行空间二维平面局部区域测温，尤其是热传递慢的材料或异形区域，比如圆环或者半圆区域等，是无法实现的。
现有技术中测量物体表面不同位置的温度后，还需要对温差较大的地方，进行温度调整，从而保证物体表面处于恒温状态。现有技术普遍需要采用多个温度传感器进行测量，才能保证测量的准确性。并采用多个加热装置对不同点进行加热，才能保证物体表面温度均匀。目前的温度控制系统大多只能实现点采样与点控制，但是在部分项目中需要精确的控制焊接体的某个局部的温度，而其他区域的温度不能受到影响。为此，我们提出基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，具备快速全面准确的控制物体表面二维区域内温度变化的优点，解决了现有技术控制物体表面不同位置的温度时，控制不够准确和全面，无法实现空间二维平面局部区域控温，且温控成本高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，包括如下步骤：
S1、通过可以高速旋转的红外反射镜将物体表面的红外辐射反射至红外测温传感器的测温头，红外反射镜沿设定的运动路径高速转动，实时测量物体表面不同点的温度；
S2、将区域按照最小单元面积进行分组，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合；
S3、采用滑模变结构的控制方法根据区域动态优化调节的参数模型；
S4、在采集温度的同时，通过激光器射出的激光，经过外反射镜反射至被测对象表面对其加热，实现物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度控制。
优选的，所述步骤S4中通过调节激光器的功率，调整物体表面的温度。
优选的，所述红外测温传感器与激光器集成在一起，形成温控装置。
优选的，所述温控装置的数量为一个或多个。
优选的，所述红外反射镜的数量为一个或多个。
优选的，所述红外反射镜的数量为两个，温控装置的数量为一个，物体表面的红外辐射依次经过两个红外反射镜反射至温控装置，温控装置的激光通过两个红外反射镜反射至物体表面，通过转动其中一个红外反射镜，调整温控装置控制物体X轴方向不同点的温度，同时转动另一个红外反射镜，调整温控装置控制物体Y轴方向不同点的温度，从而控制物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度。
优选的，所述红外反射镜的数量为一个，温控装置的数量为若干个，物体表面的红外辐射经过一个红外反射镜反射至若干个温控装置，温控装置的激光经过一个红外反射镜反射至物体表面，若干个温控装置控制物体表面X轴上的所有点的温度，红外反射镜沿设定的运动路径高速转动，调整温控装置测量物体Y轴方向不同点的温度，从而控制物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度。
优选的，测量的物体表面温控区域的形状和面积大小可任意调整。
优选的，所述红外反射镜通过伺服电机带动其旋转。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明红外测温传感器通过区域红外辐射间接测量被测对象表面不同位置的温度，从而实现动态温度采集，在采集温度的同时，激光器的激光经过红外反射镜反射至被测对象表面，对被测对象表面进行加热，通过在算法中加入区域信息，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合，并且根据区域大小自适应调节器的参数，根据不同面接的大小区域设定不同的响应速度，调整激光器的功率，来实现快速全面准确的控制被测对象表面局部区域的温度，降低温控难度，提高温控准确度，解决了现有技术控制物体表面不同位置的温度时，控制不够准确和全面，无法实现空间二维平面局部区域控温，且温控成本高的问题。
附图说明
图1为本发明控制框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，包括如下步骤：
S1、通过可以高速旋转的红外反射镜将物体表面的红外辐射反射至红外测温传感器的测温头，红外反射镜沿设定的运动路径高速转动，实时测量物体表面不同点的温度；
S2、将区域按照最小单元面积进行分组，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合；
S3、采用滑模变结构的控制方法根据区域动态优化调节的参数模型；滑模变结构控制本质上是一类特殊的非线性控制，其非线性表现为控制的不连续性，这种控制策略与其它控制的不同之处在于系统的“结构”并不固定，而是可以在动态过程中根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。
S4、在采集温度的同时，通过激光器射出的激光，经过外反射镜反射至被测对象表面对其加热，实现物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度控制。红外测温传感器与激光器集成在一起，形成温控装置。温控装置的数量为一个或多个。红外反射镜的数量为一个或多个。
实施例一：
S1、通过可以高速旋转的红外反射镜将物体表面的红外辐射反射至红外测温传感器的测温头，红外反射镜沿设定的运动路径高速转动，实时测量物体表面不同点的温度；红外反射镜的数量为两个，红外测温传感器的响应时间为1ms，温度范围为100摄氏度到600摄氏度，检测直径为2mm。红外测温传感器和激光器集成温的控装置的数量为一个，红外反射镜通过伺服电机带动其旋转。物体表面的红外辐射依次经过两个红外反射镜反射至温控装置。
S2、将区域按照最小单元面积进行分组，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合；
S3、采用滑模变结构的控制方法根据区域动态优化调节的参数模型；由于滑模变结构控制的滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辩识，物理实现简单等优点。本方案通过采用滑模变结构的控制方法，可以实现快速全面准确的控制被测对象表面局部区域的温度，降低温控难度，提高温控准确度。
S4、在采集温度的同时，根据最小区域微单元的红外辐射作为局部微区域的间接测量温度值，在算法中加入区域信息，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合，并且根据区域大小自适应调节器的参数，根据不同面接的大小区域设定不同的响应速度来实现整个局部区域的温度控制。温控装置的激光通过两个红外反射镜反射至物体表面，通过转动其中一个红外反射镜，调整温控装置控制物体X轴方向不同点的温度，同时转动另一个红外反射镜，调整温控装置控制物体Y轴方向不同点的温度，从而控制物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度。具体通过调节激光器的功率，调整物体表面的温度。实现物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度控制。测量的物体表面温控区域的形状和面积大小可任意调整。(可以通过软件设定需要控温的空间二维平面局部区域形状和面积大小，也可根据被测物体的二维平面的整体形状和面积大小进行温度控制。)
实施例二：
S1、通过可以高速旋转的红外反射镜将物体表面的红外辐射反射至红外测温传感器的测温头，红外反射镜沿设定的运动路径高速转动，实时测量物体表面不同点的温度；红外反射镜的数量为一个，温控装置的数量为若干个，物体表面的红外辐射经过一个红外反射镜反射至若干个温控装置；
S2、将区域按照最小单元面积进行分组，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合。
S3、采用滑模变结构的控制方法根据区域动态优化调节的参数模型；由于滑模变结构控制的滑动模态可以进行设计且与对象参数及扰动无关，这就使得变结构控制具有快速响应、对参数变化及扰动不灵敏、无需系统在线辩识，物理实现简单等优点。本方案通过采用滑模变结构的控制方法，可以实现快速全面准确的控制被测对象表面局部区域的温度，降低温控难度，提高温控准确度。
S4、在采集温度的同时，根据最小区域微单元的红外辐射作为局部微区域的间接测量温度值，在算法中加入区域信息，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合，并且根据区域大小自适应调节器的参数，根据不同面接的大小区域设定不同的响应速度来实现整个局部区域的温度控制。温控装置的激光经过一个红外反射镜反射至物体表面，若干个温控装置控制物体表面X轴上的所有点的温度，红外反射镜沿设定的运动路径高速转动，调整温控装置测量物体Y轴方向不同点的温度，从而控制物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度。具体通过调节激光器的功率，调整物体表面的温度。实现物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度控制。测量的物体表面温控区域的形状和面积大小可任意调整。(可以通过软件设定需要控温的空间二维平面局部区域形状和面积大小，也可根据被测物体的二维平面的整体形状和面积大小进行温度控制。)
当被测物体属于长条形结构时，采用少量的红外测温传感器即可控制X轴上所有点的温度，这样可以省去反复扫描X轴方向点的时间，直接沿Y轴，从一端扫描至另一端即可，控温速度更快，控温效率更高。由于红外测温传感器采集的红外辐射波长与激光器发射的激光波长不同，因此同时采集温度数据和激光温度控制，不会出现相互干扰的现象。
本发明红外测温传感器通过区域红外辐射间接测量被测对象表面不同位置的温度，从而实现动态温度采集，在采集温度的同时，激光器的激光经过红外反射镜反射至被测对象表面，对被测对象表面进行加热，通过在算法中加入区域信息，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合，并且根据区域大小自适应调节器的参数，根据不同面接的大小区域设定不同的响应速度，调整激光器的功率，来实现快速全面准确的控制被测对象表面局部区域的温度，降低温控难度，提高温控准确度，解决了现有技术控制物体表面不同位置的温度时，控制不够准确和全面，无法实现空间二维平面局部区域控温，且温控成本高的问题。控制框图如图1所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、通过可以高速旋转的红外反射镜将物体表面的红外辐射反射至红外测温传感器的测温头，红外反射镜沿设定的运动路径高速转动，实时测量物体表面不同点的温度；
S2、将区域按照最小单元面积进行分组，依照高斯分布计算单元面积上的平均温度的方法实现数据融合；
S3、采用滑模变结构的控制方法根据区域动态优化调节的参数模型；
S4、在采集温度的同时，通过激光器射出的激光，经过外反射镜反射至被测对象表面对其加热，实现物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度控制。
2.根据权利要求1所述的基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，其特征在于：所述步骤S4中通过调节激光器的功率，调整物体表面的温度。
3.根据权利要求1所述的基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，其特征在于：所述红外测温传感器与激光器集成在一起，形成温控装置。
4.根据权利要求3所述的基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，其特征在于：所述温控装置的数量为一个或多个。
5.根据权利要求1所述的基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，其特征在于：所述红外反射镜的数量为一个或多个。
6.根据权利要求4所述的基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，其特征在于：所述红外反射镜的数量为两个，温控装置的数量为一个，物体表面的红外辐射依次经过两个红外反射镜反射至温控装置，温控装置的激光通过两个红外反射镜反射至物体表面，通过转动其中一个红外反射镜，调整温控装置控制物体X轴方向不同点的温度，同时转动另一个红外反射镜，调整温控装置控制物体Y轴方向不同点的温度，从而控制物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度。
7.根据权利要求5所述的基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，其特征在于：所述红外反射镜的数量为一个，温控装置的数量为若干个，物体表面的红外辐射经过一个红外反射镜反射至若干个温控装置，温控装置的激光经过一个红外反射镜反射至物体表面，若干个温控装置控制物体表面X轴上的所有点的温度，红外反射镜沿设定的运动路径高速转动，调整温控装置测量物体Y轴方向不同点的温度，从而控制物体表面指定形状和面积区域内所有点的温度。
8.根据权利要求1所述的基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，其特征在于：测量的物体表面温控区域的形状和面积大小可任意调整。
9.根据权利要求1所述的基于可变区域动态温度采集和数据融合的温度控制方法，其特征在于：所述红外反射镜通过伺服电机带动其旋转。
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