CN113552815A - 一种热行为数学模型的建立系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热行为数学模型的建立系统，针对于待测滑槽机箱，本申请可以通过热源模拟装置进行热源模拟，并通过温度采集装置采集待测滑槽机箱内部多个指定位置的温度数据，最后控制装置便可以根据温度数据构建待测滑槽机箱的热行为数学模型，热行为数学模型可以在解决滑槽机箱散热问题时提供数据和理论支持，从而降低滑槽机箱内车载电子系统的故障率，并且由于可以通过热源模拟装置进行热源类型的指定，从而提高了建立的热行为数学模型的准确性。

Description

一种热行为数学模型的建立系统

技术领域

本发明涉及热行为数学模型领域，特别是涉及一种热行为数学模型的建立系统。

背景技术

高速磁浮交通系统中元器件的高密度、高集成、小型化发展已是不可逆转的趋势，伴随而来的是功率密度和热流密度的快速增加，同时由于运行环境的复杂需要对车载电子系统的滑槽机箱进行密闭处理，这加剧了产热与散热之间的矛盾，如果不能对车载电子系统进行有效的热控制与管理，便很容易导致故障的发生，因此，建立典型滑槽机箱的热行为数学模型，可以为解决滑槽机箱散热问题提供数据和理论支持。

然而现有技术中缺少一种成熟的滑槽机箱的热行为数学模型的建立方法，从而也就无法很好地解决滑槽机箱的散热问题，使得滑槽机箱内的车载电子系统故障率较高。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种热行为数学模型的建立系统，有利于降低滑槽机箱内车载电子系统的故障率，并且由于可以通过热源模拟装置进行热源类型的指定，从而提高了建立的热行为数学模型的准确性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种热行为数学模型的建立系统，包括：

待测滑槽机箱；

设置于所述待测滑槽机箱中的热源模拟装置，用于通过其提供至少一种指定类型的热源；

设置于所述待测滑槽机箱中的温度采集装置，用于采集所述待测滑槽机箱内部多个指定位置的温度数据；

与所述温度采集装置连接的控制装置，用于根据所述温度数据构建所述待测滑槽机箱的与所述指定类型热源对应的热行为数学模型。

优选地，所述热源模拟装置包括：

传导热源，用于通过其在所述待测滑槽机箱中提供传导类型的热源；

对流热源，用于通过其在所述待测滑槽机箱中提供对流类型的热源；

辐射热源，用于通过其在所述待测滑槽机箱中提供辐射类型的热源；

其中，所述待测滑槽机箱中的贯流风机的风向朝向所述对流热源。

优选地，所述传导热源以及所述对流热源包括电源、第一开关、第二开关、控温器、第三开关、传导发热装置、第四开关以及对流发热装置；

所述第一开关的第一端以及所述第二开关的第一端均与所述电源连接，所述第一开关的第二端与所述控温器的控制端连接，所述控温器分别与所述电源、所述第三开关的被控端以及所述第四开关的被控端连接，所述第二开关的第二端分别与所述第三开关的第一端以及所述第四开关的第一端连接，所述第三开关的第二端与所述传导发热装置的正极连接，所述传导发热装置的负极与所述电源的负极连接，所述第四开关的第二端与所述对流发热装置的正极连接，所述对流发热装置的负极与所述电源的负极连接；

所述控温器，用于在所述第一开关闭合时，通过控制所述第三开关以及所述第四开关将所述待测滑槽机箱中的实际温度控制为目标温度；

其中，所述第一开关以及所述第二开关的状态互斥。

优选地，所述辐射热源包括第五开关、调压器以及辐射发热装置；

所述第五开关的第一端与所述电源的正极连接，所述第五开关的第二端与所述调压器的正极连接，所述调压器的控制端与所述辐射发热装置连接，所述调压器的负极与所述电源的负极连接；

所述调压器，用于通过其调节所述辐射发热装置的工作功率。

优选地，该热行为数学模型的建立系统还包括控制面板；

所述第一开关的手动控制端、所述第二开关的手动控制端、所述第三开关的手动控制端、所述第四开关的手动控制端、所述第五开关的手动控制端、所述电源的手动控制端、所述控温器的目标温度设定端以及所述调压器的手动控制端均设置于所述控制面板上。

优选地，所述传导发热装置为电热板；

所述对流发热装置为正温度系数热敏电阻PTC电热器。

优选地，所述温度采集装置包括：

与所述控制装置连接的模数转换器，用于进行模数转换；

分别设置于所述待测滑槽机箱内部指定空间点，与所述模数转换器连接的多个温度传感器，用于采集自身所在空间点的温度数据。

优选地，该热行为数学模型的建立系统还包括：

与所述控制装置连接的显示器，用于在所述控制装置的控制下显示所述热行为数学模型。

优选地，所述待测滑槽机箱为仿真的滑槽机箱。

优选地，该热行为数学模型的建立系统还包括：

与所述控制装置连接的走形风机，用于在所述控制装置的控制下向所述待测滑槽机箱外部吹风，以便模拟列车的走行风。

本发明提供了一种热行为数学模型的建立系统，针对于待测滑槽机箱，本申请可以通过热源模拟装置进行热源模拟，并通过温度采集装置采集待测滑槽机箱内部多个指定位置的温度数据，最后控制装置便可以根据温度数据构建待测滑槽机箱的热行为数学模型，热行为数学模型可以在解决滑槽机箱散热问题时提供数据和理论支持，从而降低滑槽机箱内车载电子系统的故障率，并且由于可以通过热源模拟装置进行热源类型的指定，从而提高了建立的热行为数学模型的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种热行为数学模型的建立系统的结构示意图；

图2为本发明提供的另一种热行为数学模型的建立系统的结构示意图；

图3为本发明提供的一种热源模拟装置的结构示意图；

图4为本发明提供的一种温度采集装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种热行为数学模型的建立系统，有利于降低滑槽机箱内车载电子系统的故障率，并且由于可以通过热源模拟装置进行热源类型的指定，从而提高了建立的热行为数学模型的准确性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参考图1，图1为本发明提供的一种热行为数学模型的建立系统的结构示意图，该热行为数学模型的建立系统包括：

待测滑槽机箱1；

设置于待测滑槽机箱1中的热源模拟装置2，用于通过其提供至少一种指定类型的热源；

设置于待测滑槽机箱1中的温度采集装置3，用于采集待测滑槽机箱1内部多个指定位置的温度数据；

与温度采集装置3连接的控制装置4，用于根据温度数据构建待测滑槽机箱1的与指定类型热源对应的热行为数学模型。

具体的，考虑到如上背景技术中的技术问题，为了对待测滑槽机箱1中的温度情况进行分析，从而对滑槽机箱中的车载电子系统进行有效的热控制与管理，本发明实施例中提供了一套成熟的热行为数学模型的建立系统，通过该系统可以构建待测滑槽机箱1的热行为数学模型，从而能够预测待测滑槽机箱1的温度情况并相应地设计散热方案，能够降低车载电子系统的故障率。

具体的，待测滑槽机箱1可以为多种类型，且申请人考虑到滑槽机箱中热源的类型多种多相，例如可以包括传导热源、对流热源以及辐射热源中的至少一种，在不同类型热源的激励下，待测滑槽机箱1所反映出来的温度变化必然存在差别，因此为了更准确地对待测滑槽机箱1进行热行为数学模型的构建，本申请中的热源模拟装置2可以提供至少一种指定类型的热源，如此一来，控制装置4根据温度数据构建的热行为数学模型便对应的是“具备特定类型热源的滑槽机箱”所对应的模型，通过该热行为数学模型可以对“具备特定类型热源的滑槽机箱”的温度情况进行分析并设计相应的散热方案，也就是说提高了热行为数学模型的准确性，有利于进一步地降低车载电子系统的故障率。

其中，热源模拟装置2所提供的热源类型以及类型数量均可以进行自主设定，例如可以提供传导热源、对流热源以及辐射热源中的至少一种等，本发明实施例在此不做限定。

具体的，温度采集装置3所采集的指定位置可以进行自主设定，从而有利于建立热行为数学模型，本发明实施例在此不做限定。

其中，通过温度数据构建热行为数学模型的具体方式可以有很多种，例如可以首先根据温度数据绘制待测滑槽机箱1的三维温度分布场，之后根据三维温度分布场、环境温度以及热源功率构建热行为数学模型等，本发明实施例在此不做限定。

本发明提供了一种热行为数学模型的建立系统，针对于待测滑槽机箱，本申请可以通过热源模拟装置进行热源模拟，并通过温度采集装置采集待测滑槽机箱内部多个指定位置的温度数据，最后控制装置便可以根据温度数据构建待测滑槽机箱的热行为数学模型，热行为数学模型可以在解决滑槽机箱散热问题时提供数据和理论支持，从而降低滑槽机箱内车载电子系统的故障率，并且由于可以通过热源模拟装置进行热源类型的指定，从而提高了建立的热行为数学模型的准确性。

为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图2，图2为本发明提供的另一种热行为数学模型的建立系统的结构示意图，在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，热源模拟装置2包括：

传导热源，用于通过其在待测滑槽机箱1中提供传导类型的热源；

对流热源，用于通过其在待测滑槽机箱1中提供对流类型的热源；

辐射热源，用于通过其在待测滑槽机箱1中提供辐射类型的热源；

其中，待测滑槽机箱1中的贯流风机的风向朝向对流热源。

具体的，每种热源都可以进行主动的开关以及功率调节，从而实现热源类型、类型数量以及每种类型热源所提供发热功率的控制。

其中，上述三种热源是滑槽机箱中较常见的三种热源形式，具有代表性。

当然，除了上述三种热源外，热源模拟装置2可提供的热源类型还可以包括其他类型，本发明实施例在此不做限定。

其中，对流热源需要对应设置在贯流风机的风向朝向上，从而实现对流式的热源形式。

为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图3，图3为本发明提供的一种热源模拟装置的结构示意图，作为一种优选的实施例，传导热源以及对流热源包括电源AC、第一开关SPST1、第二开关SPST2、控温器Z2、第三开关SPST3、传导发热装置21、第四开关SPST4以及对流发热装置22；

第一开关SPST1的第一端以及第二开关SPST2的第一端均与电源AC连接，第一开关SPST1的第二端与控温器Z2的控制端连接，控温器Z2分别与电源AC、第三开关SPST3的被控端以及第四开关SPST4的被控端连接，第二开关SPST2的第二端分别与第三开关SPST3的第一端以及第四开关SPST4的第一端连接，第三开关SPST3的第二端与传导发热装置21的正极连接，传导发热装置21的负极与电源AC的负极连接，第四开关SPST4的第二端与对流发热装置22的正极连接，对流发热装置22的负极与电源AC的负极连接；

控温器Z2，用于在第一开关SPST1闭合时，通过控制第三开关SPST3以及第四开关SPST4将待测滑槽机箱1中的实际温度控制为目标温度；

其中，第一开关SPST1以及第二开关SPST2的状态互斥。

具体的，在图3中，DPST1为电源AC开关，Z1为机箱内风扇也即贯流风机，SPST6为贯流风机的控制开关，R1为控温器Z2的温度采集电阻，用于采集待测滑槽机箱1内的实际温度。

具体的，传导发热装置21可以设置于滑槽机箱内部的侧壁上，从而实现传导式热源，而对流发热装置22则可以对应设置在贯流风机的风向朝向上，从而实现对流式的热源形式。

其中，第一开关SPST1可以视作自动模式的控制开关，第二开关SPST2可以视作手动模式的控制开关，当第一开关SPST1闭合的情况下，控温器Z2会检测到第一开关SPST1发送给其的电信号，从而开始自动控制温度的工作(通过控制第三开关SPST3以及第四开关SPST4将待测滑槽机箱1中的实际温度控制为目标温度)，而在第二开关SPST2闭合的情况下，工作人员可以通过手动控制第三开关SPST3以及第四开关SPST4来控制工作的热源类型，当然也可以间接的控制温度。

具体的，本发明实施例中的电路具有结构简单、成本低以及寿命长等优点。

当然，除了该构造外，传导热源以及对流热源的构造具体还可以为其他多种类型，本发明实施例在此不做限定。

其中，第一开关SPST1以及第二开关SPST2可以被手动控制，而第三开关SPST3以及第四开关SPST4除了可被手动控制外，还可以在第一开关SPST1闭合的情况下被控温器Z2自动控制，其具体类型可以为多种，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，辐射热源包括第五开关SPST5、调压器Z3以及辐射发热装置23；

第五开关SPST5的第一端与电源AC的正极连接，第五开关SPST5的第二端与调压器Z3的正极连接，调压器Z3的控制端与辐射发热装置23连接，调压器Z3的负极与电源AC的负极连接；

调压器Z3，用于通过其调节辐射发热装置23的工作功率。

具体的，本发明实施例中的辐射热源的具体构造具有结构简单且成本低的优点。

其中，辐射发热装置23可以为多种类型，例如可以为红外加热灯，具有体积小、成本低以及寿命长的优点，本发明实施例在此不做限定。

当然，除了该具体构造外，辐射热源还可以为其他类型，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，该热行为数学模型的建立系统还包括控制面板；

第一开关SPST1的手动控制端、第二开关SPST2的手动控制端、第三开关SPST3的手动控制端、第四开关SPST4的手动控制端、第五开关SPST5的手动控制端、电源AC的手动控制端、控温器Z2的目标温度设定端以及调压器Z3的手动控制端均设置于控制面板上。

具体的，将所有手动控制端均设置于控制面板上，可以便于工作人员进行集中的控制，降低操作难度并提高了工作效率。

当然，除了该设置方式外，各个手动控制端均可以设置在其他位置，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，传导发热装置21为电热板；

对流发热装置22为正温度系数热敏电阻PTC电热器。

具体的，电热板以及PTC(Positive Temperature Coefficient，正温度系数热敏电阻)电热器均具有体积小、成本低以及寿命长等优点。

当然，除了电热板以及PTC电热器外，传导发热装置21以及对流发热装置22还可以为其他多种类型，本发明实施例在此不做限定。

为了更好地对本发明实施例进行说明，请参考图4，图4为本发明提供的一种温度采集装置的结构示意图，作为一种优选的实施例，温度采集装置3包括：

与控制装置4连接的模数转换器，用于进行模数转换；

分别设置于待测滑槽机箱1内部指定空间点，与模数转换器连接的多个温度传感器，用于采集自身所在空间点的温度数据。

具体的，模数转换器可以将模拟量转换为数字量后提供给控制装置4，便于控制装置4直接进行数据处理。

其中，模数转换器可以为多种类型，例如可以为JY-DAM-DS08采集卡等，本发明实施例在此不做限定。

具体的，温度传感器可以为多种类型，例如可以为8路DS18B20温度传感器阵列等，且本发明实施例中可以采用两个，每个8路DS18B20温度传感器阵列可以对应使用一个JY-DAM-DS08采集卡，总共实现16个空间点的温度数据采集，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，该热行为数学模型的建立系统还包括：

与控制装置4连接的显示器5，用于在控制装置4的控制下显示热行为数学模型。

具体的，为了便于工作人员在第一时间清晰准确地了解到热行为数学模型，本发明实施例中的控制装置4可以控制显示器5显示热行为数学模型，有利于提高工作效率。

作为一种优选的实施例，待测滑槽机箱1为仿真的滑槽机箱。

具体的，利用仿真的滑槽机箱可以实现在任意地点的热行为数学模型的构建，无需在列车上进行实验，且成本相较真实的滑槽机箱来说也降低不少。

具体的，仿真的滑槽机箱的尺寸可以为L×W×H＝100cm×100cm×20cm。

当然，除了仿真的滑槽机箱外，待测滑槽机箱1也可以为真实的滑槽机箱，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，控制装置4为计算机。

具体的，计算机具有成熟度高、性能优且稳定性强等优点。

当然，除了计算机外，控制装置4还可以为其他多种类型，本发明实施例在此不做限定。

作为一种优选的实施例，该热行为数学模型的建立系统还包括：

与控制装置4连接的走形风机，用于在控制装置4的控制下向待测滑槽机箱1外部吹风，以便模拟列车的走行风。

具体的，考虑到实际应用场景中，列车运行所产生的走行风会作用于滑槽机箱从而对其内部温度产生影响，因此本发明实施例中为了进一步提高热行为数学模型的准确性，设置了走行风机6进行列车走行风的模拟。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种热行为数学模型的建立系统，其特征在于，包括：

待测滑槽机箱；

设置于所述待测滑槽机箱中的热源模拟装置，用于通过其提供至少一种指定类型的热源；

设置于所述待测滑槽机箱中的温度采集装置，用于采集所述待测滑槽机箱内部多个指定位置的温度数据；

与所述温度采集装置连接的控制装置，用于根据所述温度数据构建所述待测滑槽机箱的与所述指定类型热源对应的热行为数学模型。

2.根据权利要求1所述的热行为数学模型的建立系统，其特征在于，所述热源模拟装置包括：

传导热源，用于通过其在所述待测滑槽机箱中提供传导类型的热源；

对流热源，用于通过其在所述待测滑槽机箱中提供对流类型的热源；

辐射热源，用于通过其在所述待测滑槽机箱中提供辐射类型的热源；

其中，所述待测滑槽机箱中的贯流风机的风向朝向所述对流热源。

3.根据权利要求2所述的热行为数学模型的建立系统，其特征在于，所述传导热源以及所述对流热源包括电源、第一开关、第二开关、控温器、第三开关、传导发热装置、第四开关以及对流发热装置；

所述第一开关的第一端以及所述第二开关的第一端均与所述电源连接，所述第一开关的第二端与所述控温器的控制端连接，所述控温器分别与所述电源、所述第三开关的被控端以及所述第四开关的被控端连接，所述第二开关的第二端分别与所述第三开关的第一端以及所述第四开关的第一端连接，所述第三开关的第二端与所述传导发热装置的正极连接，所述传导发热装置的负极与所述电源的负极连接，所述第四开关的第二端与所述对流发热装置的正极连接，所述对流发热装置的负极与所述电源的负极连接；

所述控温器，用于在所述第一开关闭合时，通过控制所述第三开关以及所述第四开关将所述待测滑槽机箱中的实际温度控制为目标温度；

其中，所述第一开关以及所述第二开关的状态互斥。

4.根据权利要求3所述的热行为数学模型的建立系统，其特征在于，所述辐射热源包括第五开关、调压器以及辐射发热装置；

所述第五开关的第一端与所述电源的正极连接，所述第五开关的第二端与所述调压器的正极连接，所述调压器的控制端与所述辐射发热装置连接，所述调压器的负极与所述电源的负极连接；

所述调压器，用于通过其调节所述辐射发热装置的工作功率。

5.根据权利要求4所述的热行为数学模型的建立系统，其特征在于，该热行为数学模型的建立系统还包括控制面板；

所述第一开关的手动控制端、所述第二开关的手动控制端、所述第三开关的手动控制端、所述第四开关的手动控制端、所述第五开关的手动控制端、所述电源的手动控制端、所述控温器的目标温度设定端以及所述调压器的手动控制端均设置于所述控制面板上。

6.根据权利要求3所述的热行为数学模型的建立系统，其特征在于，所述传导发热装置为电热板；

所述对流发热装置为正温度系数热敏电阻PTC电热器。

7.根据权利要求1所述的热行为数学模型的建立系统，其特征在于，所述温度采集装置包括：

与所述控制装置连接的模数转换器，用于进行模数转换；

分别设置于所述待测滑槽机箱内部指定空间点，与所述模数转换器连接的多个温度传感器，用于采集自身所在空间点的温度数据。

8.根据权利要求1所述的热行为数学模型的建立系统，其特征在于，该热行为数学模型的建立系统还包括：

与所述控制装置连接的显示器，用于在所述控制装置的控制下显示所述热行为数学模型。

9.根据权利要求1所述的热行为数学模型的建立系统，其特征在于，所述待测滑槽机箱为仿真的滑槽机箱。

10.根据权利要求1至9任一项所述的热行为数学模型的建立系统，其特征在于，该热行为数学模型的建立系统还包括：

与所述控制装置连接的走形风机，用于在所述控制装置的控制下向所述待测滑槽机箱外部吹风，以便模拟列车的走行风。

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