【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超导磁体温度控制领域，具体涉及一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法。
技术介绍
1、超导同步调相机的稳定运行依赖于高效的冷却系统，特别是在低温环境中，冷却技术的效率和稳定性直接影响超导材料的工作性能。高温超导同步调相机的超导磁体通常工作在20 k左右的低温，这要求系统能够在低温真空容器中保持稳定的工作状态。为了确保超导磁体及其他关键部件在运行过程中产生的热量能够及时排除，需要采取高效、精确的冷却方案。超导转子磁体在运行时会产生多种热负荷，主要包括超导磁体本身的热泄漏、由冷却系统辐射或热传导引起的热泄漏，以及电导线上的热损失。这些热负荷需要通过有效的冷却方法将其排除，从而确保超导磁体维持在所需的低温状态。当前，循环冷氦气的制冷系统被广泛应用于超导磁体的冷却，利用冷氦气在低温下的良好热物理性质，提供稳定的低温环境。
2、冷氦气由于其优异的低温特性，在高温超导磁体温度均衡控制中发挥着关键作用。通过冷氦气循环系统，可以实现高效的热交换，并将超导磁体的温度保持在稳定的工作范围内。国内外已有多项研究表明，冷氦气循环冷却技术能够有效地解决超导磁体温度控制问题，并在多种应用场景中展现出广泛的前景。例如，代义军等人在研究中采用了闭式冷氦气循环冷却系统，通过集总参数法分析转子的降温过程，成功将转子温度降低至25 k，取得了显著的技术突破。史正军等人则针对南方电网10 mvar高温超导同步调相机的冷却需求，设计了一种真空环境下的循环冷氦气低温热管理系统，测试结果表明，该系统能够将转子温度稳定控制在22.4 k，验证了
3、尽管目前冷氦气循环冷却技术已在超导电机和调相机中取得了一定应用，仍存在一些挑战，尤其是在温度均衡控制方面。超导磁体在不同工作条件下可能会出现温度不均衡现象，这会影响其超导性能及系统稳定性。因此，如何进一步提高冷氦气流动的均匀性和温度分布的均衡性，成为提升冷却系统性能的关键。现有技术中，冷氦气的流量、压力及流动路径等参数的优化仍是一个研究热点。
4、综上所述，虽然现有的冷却技术在一定程度上解决了超导磁体的温度控制问题，但在实际应用中，如何实现更加精确和均衡的温度调节，仍然是提升超导同步调相机冷却系统性能的关键。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，通过优化冷氦气的流动和冷却参数，进一步提高超导磁体的温度均衡性和系统稳定性，以满足未来超导同步调相机更高的性能要求。
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
3、一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，包括如下步骤：
4、步骤1、通过对目标温度与实际测量温度之间的差值进行计算，得到每组磁体的稳态误差；
5、步骤2.根据奇异摄动理论构建冷氦气冷却系统的数学模型，通过将冷氦气冷却系统分解为快子系统和慢子系统，分别控制冷氦气流量的快速调整和磁体温度的长期稳定；快子系统负责在稳态误差较大时快速响应，慢子系统则确保整个系统在长时间内维持温度均衡；
6、步骤3、明确控制目标，所述目标包括总散热量最大化、总压降最小化和时间最优；通过优化这些目标，避免过热，同时减少能耗并快速相应温度波动，确保超导磁体始终维持在30±1.5k的温度范围内，最终提高冷氦气冷却系统的整体性能和稳定性；
7、步骤4、构建基于变论域smith的奇异摄动控制模型，确保冷氦气冷却系统在不同工况下能够灵活调整控制参数，以应对局部热点和温度波动；同时，利用smith预估器补偿冷氦气冷却系统中的传感器延迟和执行器响应滞后，提高冷氦气冷却系统的响应速度和精度。
8、有益效果：
9、1、本专利技术提供了一种基于变论域smith奇异摄动控制模型的高温超导磁体温度均衡控制方法，通过对冷氦气流量、压力和温度的精确调节，本专利技术能够有效应对局部热点带来的不稳定性，实现超导磁体温度的精确控制，从而避免温度过高或过低导致的失超现象，确保超导系统在运行过程中的稳定性和安全性。
10、2、本专利技术通过引入快慢子系统的温度控制策略，利用奇异摄动理论对冷氦气冷却系统进行分层管理，快子系统能够迅速响应局部热点，调节冷氦气的流量和压力，及时消除瞬态温度偏差；慢子系统则处理整体温度场的分布和稳定性，确保多个磁体之间温度均衡，从而避免因温差过大而导致的失超问题。
11、3、本专利技术采用变论域控制与模糊自适应pid控制相结合的方式，能够根据实时稳态误差动态调整控制参数。在稳态误差较小的情况下，系统保持较低的控制灵敏度，减少能耗；当稳态误差增大时，系统自动提升灵敏度，迅速调整冷氦气流量和压力，最大化散热量，最小化系统压降，从而提高冷却效率并减少能耗。
12、4、本专利技术结合smith预估器进行时间延迟补偿，有效解决了温度传感器与执行器之间存在的时间延迟问题。通过提前预测系统动态，smith预估器能够在温度调节过程中进行延迟补偿，从而提高系统响应速度，避免由于滞后效应引发的温度振荡和超调，确保冷氦气流量的精确调节。
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1.一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求1所述的一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，所述步骤2中，快系统的数学模型、慢系统的数学模型分别为：
4.根据权利要求3所述的一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，快子系统控制方程和慢子系统控制方程的协同通过以下方式实现：快子系统将局部温度波动压缩到可控范围内；慢子系统则根据全局温度分布，细化冷氦气的调节策略，使温度在不同磁体之间趋于均衡。
5.根据权利要求1所述的一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：
6.根据权利要求1所述的一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，所述步骤4包括：
7.根据权利要求6所述的一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，变论域PID控制器控制器的控制输入公式为：
8.
9.根据权利要求8所述的一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，所述步骤4还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：
3.根据权利要求1所述的一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，所述步骤2中，快系统的数学模型、慢系统的数学模型分别为：
4.根据权利要求3所述的一种循环冷氦气的高温超导磁体温度均衡控制方法，其特征在于，快子系统控制方程和慢子系统控制方程的协同通过以下方式实现：快子系统将局部温度波动压缩到可控范围内；慢子系统则根据全局温度分布，细化冷氦气的调节策略，使温度在不同磁体之...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈鑫，王磊，王聪，陈功轩，刘建华，王秋良，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：
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