CN114417658A - 一种基于热试验数据的反设计热模型修正系统及方法 - Google Patents

一种基于热试验数据的反设计热模型修正系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热试验数据处理领域，特别涉及一种基于热试验数据的反设计热模型修正系统及方法。其系统包括软件接口模块：提供热控分析软件自动运行的接口；卫星热模型：按照卫星已知输入条件和接触换热系数等待修正参数的假设值，在热控分析软件上建立卫星热分析模型；共轭梯度计算模块：根据热试验温度场与修正中卫星热模型计算的温度场，利用共轭梯度法逆计算待修正参数；软件接口模块接收计算得到的待修正参数数值，将其传递给热控分析软件，进行初始化并启动分析软件；获取热控分析软件计算的结果，将计算结果反馈给共轭梯度计算模块。在已知热平衡试验温度场的条件下，通过共轭梯度法逆设计热模型中的待修正参数，使得热模型仿真精度满足要求。

Description

一种基于热试验数据的反设计热模型修正系统及方法
技术领域
本发明涉及热试验数据处理领域，特别涉及一种基于热试验数据的反设计热模型修正系统及方法。
背景技术
卫星热设计时，一般先用Thermal Desktop和Sinda/Fluint软件对卫星进行热分析，然后通过热平衡试验进行模型修正，修正参数包括模型的表面涂层热光学性质和接触换热系数等。但在对多个参数进行同时修正时，尽管采用多种方法，但所得出的修正结果精度都不高。
发明内容
本发明提供一种基于热试验数据的反设计热模型修正系统及方法，旨在通过反设计算法对卫星热模型进行修正，提高模型修正精度。
本发明提供一种基于热试验数据的反设计热模型修正系统，包括：
软件接口模块：提供了热控分析软件自动运行的接口；
卫星热模型：按照卫星目前的总体布局、热耗、工作模式等已知输入条件和接触换热系数等待修正参数的假设值，在热控分析软件上建立卫星热分析模型；热模型中，对待修正参数进行参数化设置；
共轭梯度计算模块：根据热试验温度场与修正中卫星热模型计算的温度场，利用共轭梯度法逆计算热模型中的待修正参数；
所述软件接口模块接收共轭梯度计算模块计算得到的待修正参数数值，将待修正参数数值传递给热控分析软件，对热控分析软件进行初始化并启动分析软件；获取热控分析软件计算的结果，将计算结果反馈给共轭梯度计算模块。
作为本发明的进一步改进，所述共轭梯度计算模块的运算过程包括：
设待修正参数向量为P，定义函数S
S(P)＝[Y-T(P)]T[Y-T(P)] (1)
其中Y是卫星温度场目标值，即热试验温度场，T(P)是待修正参数取值为P时卫星的温度场；
目标是求得函数S的最小值
Figure BDA0003443401160000021
作为本发明的进一步改进，所述共轭梯度计算模块每一步迭代过程中，根据包括热平衡试验温度场、实际接收的卫星热模型计算的温度场、卫星热模型温度变化梯度在内的条件，求得新的修正参数值：
Pk+1＝Pk-βkdk (3)
其中，βk是搜寻步长，dk是下降方向；
Figure BDA0003443401160000022
其中γk是共轭系数；
Figure BDA0003443401160000023
Figure BDA0003443401160000024
Figure BDA0003443401160000025
Figure BDA0003443401160000026
本发明提供一种基于热试验数据的反设计热模型修正方法，包括以下步骤：
S1.设初始待修正参数为P0，定义k＝0；
S2.软件接口模块将初始待修正参数值P0传递给卫星热模型，启动热分析软件中的热模型求解待修正参数取值为Pk时卫星温度场，得到T(Pk)；
S3.软件接口模块将T(Pk)反馈给共轭梯度计算模块，共轭梯度计算模块根据收敛准则S(Pk+1)＜ε判断是否收敛，若收敛则停止修正过程；若不收敛，则继续步骤S4；
S4.计算参数条件：求解待修正参数取值为Pk时的温度场梯度
Figure BDA0003443401160000031
S函数梯度
Figure BDA0003443401160000032
共轭系数γk、下降方向dk、搜寻步长βk；
S5.根据步骤S4中的参数条件得到待修正参数新的取值Pk+1，更改卫星热模型待修正参数取值为Pk+1；
S6.定义k＝k+1，并返回执行步骤S2。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中求解待修正参数取值为Pk时的温度场梯度
Figure BDA0003443401160000033
S函数梯度
Figure BDA0003443401160000034
通过有限差分方法数值近似求解获得。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中共轭系数γk的计算方程为：
Figure BDA0003443401160000035
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中下降方向dk的计算方程为：
Figure BDA0003443401160000036
作为本发明的进一步改进，所述步骤S4中搜寻步长βk的计算方程为：
Figure BDA0003443401160000037
其中
Figure BDA0003443401160000038
Figure BDA0003443401160000039
作为本发明的进一步改进，所述步骤S5中新修正参数Pk+1的计算方程为：
Pk+1＝Pk-βkdk。
本发明的有益效果是：在已知热平衡试验温度场的条件下，通过共轭梯度法逆设计热模型中的待修正参数，从而使得热模型仿真精度满足要求。本方法能根据热平衡试验温度场实现热模型的自动修正，提高修正的精度，减少无效试凑时间。
附图说明
图1是本发明一种基于热试验数据的反设计热模型修正系统的模块示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种基于热试验数据的反设计热模型修正系统，包括以下功能模块：
软件接口模块：
接口软件提供了热控分析软件自动运行的接口。接口软件主要作用是：接收共轭梯度计算模块计算得到的待修正参数数值，将待修正参数数值传递给热控分析软件，对热控分析软件进行初始化并启动分析软件；获取热控分析软件计算的结果，将计算结果反馈给共轭梯度计算模块。
卫星热模型：
按照卫星目前的总体布局、热耗、工作模式等已知输入条件和接触换热系数等待修正参数的假设值，在热控分析软件上建立卫星热分析模型。热模型中，接触换热系数等待修正参数需要进行参数化设置。热控分析软件中的参数化设置功能即将待修正参数设置成代号指定的可变参数，而非固定的值。
共轭梯度计算模块：
根据热试验温度场与修正中卫星热模型计算的温度场，利用共轭梯度法逆计算热模型中的待修正参数。计算原理如下：
设待修正参数向量为P，定义S函数
S(P)＝[Y-T(P)]T[Y-T(P)] (1)
其中Y是卫星温度场目标值，即热试验温度场，T(P)是待修正参数取值为P时卫星的温度场。
目标是求得S函数的最小值
Figure BDA0003443401160000051
共轭梯度计算模块每一步迭代过程中，根据热平衡试验温度场、实际接收的卫星热模型计算的温度场、卫星热模型温度变化梯度等条件，求得新的修正参数值：
Pk+1＝Pk-βkdk (3)
其中，βk是搜寻步长，dk是下降方向
Figure BDA0003443401160000052
其中γk是共轭系数
Figure BDA0003443401160000053
Figure BDA0003443401160000054
Figure BDA0003443401160000055
Figure BDA0003443401160000056
本发明的一种基于热试验数据的反设计热模型修正方法如下：
S1.假设初始待修正参数为P0，定义k＝0。
S2.软件接口模块将初始待修正参数值P0传递给卫星热模型，启动热分析软件中的热模型求解待修正参数取值为Pk时的卫星温度场，得到T(Pk)。
S3.软件接口模块将T(Pk)反馈给共轭梯度计算模块，共轭梯度计算模块根据收敛准则S(Pk+1)＜ε判断是否收敛，若收敛则停止修正过程；若不收敛，则继续步骤S4；其中ε为卫星温度场目标值与实算温度场标准偏差之和，即
Figure BDA0003443401160000061
标准偏差根据精度要求设定。
S4.计算参数条件：求解待修正参数取值为Pk时的温度场梯度
Figure BDA0003443401160000062
S函数梯度
Figure BDA0003443401160000063
共轭系数γk、下降方向dk、搜寻步长βk。
其中，由于本热模型求解温度场是非线性的，
Figure BDA0003443401160000064
不能直接求得，通过有限差分方法数值求解获得。
共轭系数γk的计算方程为：
Figure BDA0003443401160000065
下降方向dk的计算方程为：
Figure BDA0003443401160000066
搜寻步长βk的计算方程为：
Figure BDA0003443401160000067
其中
Figure BDA0003443401160000068
Figure BDA0003443401160000069
S5.根据步骤S4中的参数条件得到待修正参数新的取值Pk+1，更改卫星热模型待修正参数取值为Pk+1，待修正参数新值Pk+1的计算方程为：
Pk+1＝Pk-βkdk。
S6.定义k＝k+1，并返回执行步骤S2，进行下一步的修正。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于热试验数据的反设计热模型修正系统，其特征在于，包括：
软件接口模块：提供了热控分析软件自动运行的接口；
卫星热模型：按照卫星目前的总体布局、热耗、工作模式等已知输入条件和接触换热系数等待修正参数的假设值，在热控分析软件上建立卫星热分析模型；热模型中，对待修正参数进行参数化设置；
共轭梯度计算模块：根据热试验温度场与修正中卫星热模型计算的温度场，利用共轭梯度法逆计算热模型中的待修正参数；
所述软件接口模块接收共轭梯度计算模块计算得到的待修正参数数值，将待修正参数数值传递给热控分析软件，对热控分析软件进行初始化并启动分析软件；获取热控分析软件计算的结果，将计算结果反馈给共轭梯度计算模块。
2.根据权利要求1所述基于热试验数据的反设计热模型修正系统，其特征在于，所述共轭梯度计算模块的运算过程包括：
设待修正参数向量为P，定义函数S
S(P)＝[Y-T(P)]T[Y-T(P)] (1)
其中Y是卫星温度场目标值，即热试验温度场，T(P)是待修正参数取值为P时卫星的温度场；
目标是求得函数S的最小值
Figure FDA0003443401150000011
3.根据权利要求2所述基于热试验数据的反设计热模型修正系统，其特征在于，所述共轭梯度计算模块每一步迭代过程中，根据包括热平衡试验温度场、实际接收的卫星热模型计算的温度场、卫星热模型温度变化梯度在内的条件，求得新的修正参数值：
Pk+1＝Pk-βkdk (3)
其中，βk是搜寻步长，dk是下降方向；
Figure FDA0003443401150000021
其中γk是共轭系数；
Figure FDA0003443401150000022
Figure FDA0003443401150000023
Figure FDA0003443401150000024
Figure FDA0003443401150000025
4.一种基于热试验数据的反设计热模型修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.设初始待修正参数为P0，定义k＝0；
S2.软件接口模块将初始待修正参数值P0传递给卫星热模型，启动热分析软件中的热模型求解待修正参数取值为Pk时卫星温度场，得到T(Pk)；
S3.软件接口模块将T(Pk)反馈给共轭梯度计算模块，共轭梯度计算模块根据收敛准则S(Pk+1)＜ε判断是否收敛，若收敛则停止修正过程；若不收敛，则继续步骤S4；
S4.计算参数条件：求解待修正参数取值为Pk时的温度场梯度
Figure FDA0003443401150000026
S函数梯度
Figure FDA0003443401150000027
共轭系数γk、下降方向dk、搜寻步长βk；
S5.根据步骤S4中的参数条件得到待修正参数新的取值Pk+1，更改卫星热模型待修正参数取值为Pk+1；
S6.定义k＝k+1，并返回执行步骤S2。
5.根据权利要求4所述基于热试验数据的反设计热模型修正方法，其特征在于，所述步骤S4中求解待修正参数取值为Pk时的温度场梯度
Figure FDA0003443401150000028
S函数梯度
Figure FDA0003443401150000029
通过有限差分方法数值近似求解获得。
6.根据权利要求4所述基于热试验数据的反设计热模型修正方法，其特征在于，所述步骤S4中共轭系数γk的计算方程为：
Figure FDA0003443401150000031
7.根据权利要求4所述基于热试验数据的反设计热模型修正方法，其特征在于，所述步骤S4中下降方向dk的计算方程为：
Figure FDA0003443401150000032
8.根据权利要求4所述基于热试验数据的反设计热模型修正方法，其特征在于，所述步骤S4中搜寻步长βk的计算方程为：
Figure FDA0003443401150000033
其中
Figure FDA0003443401150000034
Figure FDA0003443401150000035
9.根据权利要求4所述基于热试验数据的反设计热模型修正方法，其特征在于，所述步骤S5中新修正参数Pk+1的计算方程为：
Pk+1＝Pk-βkdk。
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