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龙图腾网获悉上海航天精密机械研究所申请的专利一种模型预测补偿的大热流试验控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119512258B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-31发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411581248.1，技术领域涉及：G05D23/20；该发明授权一种模型预测补偿的大热流试验控制方法是由刘博;周星光;王海东;武丽丽;钟安昊;梁迪;王涛;黄跃进;吴佳伟设计研发完成，并于2024-11-07向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种模型预测补偿的大热流试验控制方法在说明书摘要公布了：本发明提供一种模型预测补偿的大热流试验控制方法，将石墨加热有限元模型作为大热流试验系统控制的预测模型，首先根据虚功原理利用石墨加热元件对试验件辐射加热的过程进行表达，然后建立被控对象输入电功率与输出辐射热量之间的传递函数，并将预测模型计算得到石墨加热随时间变化的温度场代入试验系统的闭环控制；最后建立时间序列预测模型，对比试验加热目标温度场，预测试验系统产生的误差，并将此误差作为输入施加到系统的控制器当中，对控制器参数进行预先调节补偿。本发明提供的模型预测补偿的大热流试验控制方法，解决了石墨加热元件构成的热试验系统的大惯性、非线性、时变控制难题，保证地面气动热模拟试验环境构建精准性。

本发明授权一种模型预测补偿的大热流试验控制方法在权利要求书中公布了：1.一种模型预测补偿的大热流试验控制方法，其特征在于，所述方法首先根据虚功原理利用石墨加热元件对试验件辐射加热的过程进行表达，然后建立被控对象输入电功率与输出辐射热量之间的传递函数，并将预测模型计算得到石墨加热随时间变化的温度场代入试验系统的闭环控制，最后建立时间序列预测模型，对比试验加热目标温度场，预测试验系统产生的误差，并将此误差作为输入施加到系统的控制器当中，对控制器参数进行预先调节补偿， 所述方法具体步骤如下： S1、建立热传导虚功方程 石墨加热元件工作过程中以辐射加热对试验件进行加热，根据虚功原理获得热传导虚功方程表达式： 其中，T是石墨温度，Rh是化学反应热源项，Ph是相变反应热源项，ρ是石墨密度，k是导热系数，x和y表示坐标位置，Q为石墨内热源，即电流产生的焦耳热，石墨加热辐射边界条件为： 式中，q0为热流密度，Γ为石墨边界，T1石墨外壁的绝对温度，T0是周围环境绝对温度，ε总的辐射系数； S2、建立石墨加热有限元模型 将空间域离散为有限单元体，符号e表示有限单元体，单元节点温度Ti插值得到，Ni采用二维矩形单元的形函数，节点温度随时间的函数表达式为： 将上式代入式1，Ti'的有限元求解方程： MV+STi'＝F4 其中，M为热源矩阵，V是节点温度对时间的导数矩阵，S是热传导矩阵，F是温度载荷列阵； 其中， c是电热转换系数，石墨内热源为电流产生的焦耳热： Q＝reJ212 式中，re为单元电阻率，J为电流密度： S3、对动态传热场有限元模型进行求解 求解采用向后欧拉法，表达式如下： MV+STit+Δt＝Ft+Δt14 令代入上式，得到迭代求解形式： M+STit+Δt＝ΔtFt+Δt+MTt15采用牛顿迭代方法，计算得到石墨加热随时间变化的温度场； S4、建立被控对象传递函数 建立被控对象输入电功率与输出辐射热量之间的传递函数，石墨加热元件工作过程中，由能量守恒可得： 式中，P为石墨加热元件输入电功率，c为电热转换系数，Cp为石墨材料比热容，m为加热元件质量，q为加热元件向外辐射热量，表达式如下： q＝ε·σ·T4·A17 式中，ε为加热元件表面黑度，σ为黑体辐射常数，A为加热元件辐射表面积， 将式16与式17转化为增量形式： 将式18代入式19可得： 式中， 将式20进行拉普拉斯变换得到被控对象输入电功率与输出辐射热量之间的传递函数： 其中，s为拉普拉斯算子，τ为加热元件的时间常数； S5、建立模型预测补偿的大热流试验控制系统 采用石墨加热有限元模型作为试验系统控制的预测模型，并将预测模型代入闭环控制算法； S6、计算时域预测值，并对控制器输出进行预先调节补偿 依靠预测模型分析得到各时刻加热温度的预测值，对比试验加热目标温度场，预测试验系统产生的误差，并将此误差作为输入施加到系统的控制器当中，通过控制器对输出控制量U进行预先调节补偿，用以提高石墨加热系统控制精度； S7、对比试验加热目标温度场，预测试验系统产生的误差，并将此误差作为输入施加到系统的控制器当中，对控制器参数进行预先调节，用以提高石墨加热系统控制精度。

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