基于GPS时空补偿的电流控制温度方法

摘要

本发明涉及一种基于GPS时空补偿的电流控制温度方法，对主控制器进行初始化后，主控制器将通过相关子程序予以判断并对初始电流进行更新补偿，热电偶将电缆缆芯温度、护套温度、环境温度等信息进行实时采样并经过变送器模块传送给控制器中的模拟量转换接口，通过程序进行运算后转换为最终的数字信息，并将其转换为ASCII码通过串口总线传送给上位机实时显示。主控制器通过比较电缆缆芯温度和设定的目标温度控制调压器电机的升降流动作进而控制电缆加载电流的大小。根据GPS确定试验场地的经纬度和温度带信息并作为试验参考，实时检测判断更新当前模拟电缆初始目标电流值，达到快速调节、稳定电缆缆芯温度的目的，实现电缆温度长时控制的需要。

主权项

一种基于GPS时空补偿的电流控制温度方法，其特征在于，具体包括如下步骤：第一步：初始化操作：1)通过GPS定位试验场地的经纬度信息，并将此信息传送至主控制器，进行地理位置和温度带补偿，由P确定，其中P由公式1给定：(公式1)其中P表示当前试验场地的经纬度信息和温度带信息输出，α为试验场地的经纬度信息，β表示当地每天平均气温累加起来的温度总和的全年平均值即积温，由中国温度带划分标准查询可知，0＜β＜1600表示当前试验场地属于寒温带，1600＜β＜2000表示当前试验场地属于青藏高原区，2000＜β＜3400表示当前试验场地属于中温带，3400＜β＜4500表示当前试验场地属于暖温带，4500＜β＜8000表示当前试验场地属于亚热带，β＞8000表示当前试验场地属于热带；2)通过GPS获得当前试验时间，通过季节系数输出函数Season(O)、对应试验场地下对应试验季节下补偿符号判断函数Compensate(O)进行初始电流补偿，由公式2、公式3给定；$\mathrm{Season}\left(O\right)=\left\{\begin{array}{cc}1,& 3\le x\le 5\\ 2,& 6\le x\le 8\\ 3,& 9\le x\le 11\\ 4,& 1\le x\le 2,\mathrm{or},x=12\end{array}\right\}$    (公式2)其中x为当前试验的实际时间月份，该函数通过当前试验月份信息确定季节补偿索引；$\mathrm{Compensate}\left(O\right)=\left\{\begin{array}{c}-1,(P=1)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},2,\mathrm{or},3,\mathrm{or},4)\\ +1,(P=2)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},3,\mathrm{or},4)\\ 0,(P=2)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=2)\\ +1,(P=3)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},4)\\ 0,(P=3)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=2,\mathrm{or},3)\\ 0,(P=4)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},3,\mathrm{or},4)\\ -1,(P=4)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=2)\\ +1,(P=5)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=4)\\ 0,(P=5)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},3)\\ -1,(P=5)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=2)\\ -1,(P=6)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},2,\mathrm{or},3,\mathrm{or},4)\end{array}\right\}$    (公式3)根据上述补偿确定当前经纬度和对应温度带下对应季节状态下试验状态信息输出函数OUTPUT(0)表示，由公式4给定；OUTPUT(O)＝OUTPUT(P,Season(O),Compensate(O))    (公式4)3)通过现场模拟电缆上的导体温度传感器实时监测模拟电缆缆芯温度并给出反馈，通过电缆初始温度子程序设定起始电流I₀，同时进行模拟电缆初始电流自适应更新，由公式5确定给出；I_initial(O)＝I₀+ΔI·λ·Compensate(O)    (公式5)其中，I_initial(O)为模拟电缆自适应更新后的输出电流值，I₀为试验第一次初始化给出的经验电流值，由公式6给出；I₀＝κ·s        (公式6)其中，k为经验系数，一般为1～5，s为对应试验电缆截面积，单位mm²，ΔI为模拟电缆补偿电流值，由公式7给出；ΔI＝ΔI(P,Season(O),Compensate(O))    (公式7)其中，ΔI为温度带P、季节Season(O)下模拟电缆从试验开始运行情况下缆芯温度在10min下变化1℃所需变化的最小电流值，通过试验程序自动判断给出；不同经纬度、不同温度带、不同季节下电缆循环加热试验中初始加载电流补偿系数自适应更新由公式8给出；$\lambda =\lambda (P,\mathrm{Season}\left(O\right))=\left\{\begin{array}{c}0.5,(P=1)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},2,\mathrm{or},3,\mathrm{or},4)\\ 0.7,(P=2)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},3,\mathrm{or},4)\\ 0,(P=2)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=2)\\ 0.8,(P=3)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},4)\\ 0,(P=3)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=2,\mathrm{or},3)\\ 0,(P=4)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},3,\mathrm{or},4)\\ 0.6,(P=4)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=2)\\ 0.9,(P=5)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=4)\\ 0,(P=5)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},3)\\ 0.9,(P=5)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=2)\\ 1.2,(P=6)\cap (\mathrm{Season}\left(O\right)=1,\mathrm{or},2,\mathrm{or},3,\mathrm{or},4)\end{array}\right\}$    (公式8)其中，λ为对应经纬度温度带P、对应季节Season(O)下的电流补偿系数；4)通过现场环境温度传感器获得试验模拟电缆缆芯初始温度值，通过下面公式9.1～公式9.3进行调压器输出电压补偿；U_a(O)＝U_a+(‑1)·ΔT/Δt₀·Δu    (公式9.1)U_b(O)＝U_b+(‑1)·ΔT/Δt₀·Δu    (公式9.2)ΔT＝θ₀‑θ′₀        (公式9.3)其中，U_a为模拟电缆调压器电机初始电压，系统初始给定；U_b为试验电缆调压器电机初始电压，系统初始给定；ΔT为对应模拟电缆缆芯前后两次试验的初始温度差值；θ₀为本次试验模拟电缆缆芯初始温度，θ′₀为上次试验模拟电缆缆芯初始温度，Δt₀为模拟电缆稳定运行后缆芯温度1℃变化的所需的最小时间，由程序判断给出；Δu为调压器在10min时间内模拟电缆缆芯电流变化100A所变化的电机电压值，由程序判断给出；5)根据电缆加热要求设定电缆目标温度、电缆最大电流、循环加热次数、加热时间、降温时间等参数，通过上位机下载到主控制器中；第二步，自动电流控制温度运行过程：6)启动加热过程；7)循环加热自动运行后，调压器电机按照第一步的步骤4)确定的初始电压带动模拟调压器、试验调压器运行，使模拟电缆和试验电缆电流值快速达到自适应更新的初始电流值I_initial(O)；8)通过主控制器的AD数据采样单元和滤波处理程序，实时获取模拟电缆缆芯温度、模拟电缆和试验电缆护套温度，进行实时显示和保存；同时将模拟电缆、试验电缆的实时电流值采样、显示和保存；9)通过时间‑电流‑温度判断子程序实时确定当前试验进行时间、当前模拟电缆缆芯温度、模拟电缆电流、试验电缆电流；10)通过公式10确定当前电缆加热所处阶段n；$n=\left\{\begin{array}{cc}1,& t\in \left[\mathrm{0,1.5}\right)\\ 2,& t\in \left[\mathrm{1.5,2.5}\right)\\ 3,& t\in \left[\mathrm{2.5,3.5}\right)\\ 4,& t\in \left[\mathrm{3.5,4.5}\right)\\ 5,& t\in \left[\mathrm{4.5,5.5}\right)\end{array}\right\}$    (公式10)其中，t为加热阶段运行时间，单位为小时；通过缆芯阶段目标温度公式11确定当前阶段n模拟电缆缆芯目标温度值θ_n；θ_n＝θ₀+n·(90‑θ₀)/5    (公式11)其中，θ_n为对应加热阶段n模拟电缆缆芯所对应的目标温度；11)通过下面公式12.1～公式12.6确定在阶段n调压器电流调节最小分辨电流，使模拟电缆调压器和试验电缆调压器动作，从而实现阶段性电缆目标温度控制要求，最终确保模拟电缆和试验电缆在规定的时间5.5小时达到90℃的要求；$\mathrm{\Delta i}\left({\theta }_n\right)=\left\{\begin{array}{cc}\Delta i_1,& n=1\\ \Delta i_2,& n=2\\ \Delta i_3,& n=3\\ \Delta i_4,& n=4\\ \Delta i_5,& n=5\end{array}\right\}$    (公式12.1)Δi₁＝ΔI·(1/2)^r1        (公式12.2)Δi₂＝ΔI·(1/3)^r2      (公式12.3)Δi₃＝ΔI·(1/4)^r3        (公式12.4)Δi₄＝ΔI·(1/5)^r4        (公式12.5)Δi₅＝ΔI·(1/6)^r5        (公式12.6)其中，Δi(θ_n)为加热阶段n时，为达到目标温度θ_n电缆所需的电流调节最小分辨电流；Δi₁，Δi₂，Δi₃，Δi₄，Δi₅分别为循环加热阶段1、2、3、4、5下的电缆调节最小分辨电流：r1为循环加热阶段1下获取电缆调节最小分辨电流所调节次数，即在ΔI基础上按照1/2变化调节至电缆在4min缆芯温度变化1℃所调节的次数；r2为循环加热阶段2下获取电缆调节最小分辨电流所调节次数,即在ΔI基础上按照1/3变化调节至电缆在4min缆芯温度变化1℃所调节的次数；r3为循环加热阶段3下获取电缆调节最小分辨电流所调节次数,即在ΔI基础上按照1/4变化调节至电缆在4min缆芯温度变化1℃所调节的次数；r4为循环加热阶段4下获取电缆调节最小分辨电流所调节次数,即在ΔI基础上按照1/5变化调节至电缆在4min缆芯温度变化1℃所调节的次数；r5为循环加热阶段5下获取电缆调节最小分辨电流所调节次数,即在ΔI基础上按照1/6变化调节至电缆在4min缆芯温度变化1℃所调节的次数；对应时间、阶段目标电流、阶段性调节电流输出函数如公式13输出：OUT＝(t_n,θ_n,Δi(θ_n))        (公式13)12)通过实时采样、显示和温度判断程序确定电缆缆芯温度是否到达上述试验要求，如90℃；如果达到，则进入步骤13)保温阶段；如果没有达到，则进入步骤10)；13)保温子程序进行实时判断，通过温度比较子程序判断调节加载电流值，确保模拟电缆缆芯温度值保持在90～95℃之间2.5小时，加载电流由下面公式14.1～公式14.3确定；Δi(θ_m)＝Δi_m·(‑1)·flag    (公式14.1)Δi_m＝ΔI(1/10)^rm        (公式14.2)其中，Δi_m为保温阶段电缆加载调节电流值，rm为循环加热保温阶段下获取电缆调节最小分辨电流所调节次数，即在ΔI基础上按照1/10变化调节至电缆在4min缆芯温度变化0.5℃所调节的次数，$\mathrm{flag}=\left\{\begin{array}{cc}1,& {\theta }_m>{\theta }_{\mathrm{set}}+\mathrm{\Delta \theta }\\ 0,& {\theta }_{\mathrm{set}}-\mathrm{\Delta \theta }\le {\theta }_m\le {\theta }_{\mathrm{set}}+\mathrm{\Delta \theta }\\ -1,& {\theta }_m<{\theta }_{\mathrm{set}}-\mathrm{\Delta \theta }\end{array}\right\}$    (公式14.3)其中，θ_m为保温阶段模拟电缆缆芯当前温度值，θ_set为电缆循环加热设定的目标电流值，Δθ为由用户设定的模拟电缆缆芯温度区阈值，flag为电流状态判断标志信息；14)通过循环定时子程序判断加热8小时时间是否达到，如果达到，则进入步骤15)动作；如果没有达到，则进入步骤9)；15)系统进入冷却阶段，模拟电缆调压器、试验电缆调压器进行复位操作，模拟电缆和试验电缆在自然条件下冷却16小时；16)冷却时间是否到达，如果没有到达，则进入步骤16)；如果到达，则进入步骤17)；17)一次循环结束；18)总循环次数判断子程序判断总循环次数是否到达，如果达到，则进入步骤19)；如果没到达，则进入步骤18)；19)总试验结束。