【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于低温风洞试验领域，涉及一种基于代理模型结合空间插值的主动抑振系统实时温度感知方法。
技术介绍
1、低温风洞试验能够模拟全尺寸雷诺数，是获取飞行器关键气动参数的主要手段，为保证测量精度，压电主动抑振系统抑制风洞试验过程中飞行器模型的振动，其核心利用压电效应输出反向力矩削减模型振动。随着温度降低，控制压电作动器的输出力和位移的应变能力显著降低。因此，为有效控制压电作动器工作温度，保障抑振系统的实时响应能力，需明晰其在低温风洞环境下的降温规律及瞬时温度信息，以指导主动温控系统。虑及压电作动器自身传热特性、工作环境及保温结构限制，最低温往往分布在端面，然而压电作动器内嵌于支撑结构遮挡严重，且轴向存在挤压，致使端面无法直接设置测点，难以实时监测压电作动器的最低温，维持主动抑振系统最佳输出性能存在挑战。因此，为了提高低温环境下抑振系统的性能、保证飞行器设计的安全性及可靠性，研究压电主动抑振系统的实时温度感知方法具有重要意义。
2、德国航空航天中心的fey等在20th international congress oninstrumentation in aerospace simulation facilities上发表的论文《transitiondetection by temperature sensitive paint at cryogenic temperatures in theeuropean transonic wind tunnel(etw)》中针对低温跨声速风洞中非接触式测量受低温影响导致飞机模
3、目前低温风洞试验中的区域温度感知多采用tsp非接触式测量方法及理论计算方法等。然而现有的温度实时监测方法无法实现存在遮挡区域/接触面的约束下全场温度的高精测量，因此急需一种满足实际测试需求、不影响作动器输出位移、不受结构严重遮挡约束的全场温度实时精准感知方法。
技术实现思路
1、本专利技术克服现有方法的不足，提出一种低温风洞工况下主动抑振系统全场温度感知方法。该方法首先根据不同低温风洞试验工况下的仿真结果，结合实际工况制定潜在实测点布局方法，提出基于统计分析的特征测点优选方法，形成温度传感器的集约布局；其次，虑及插值精度及速率研究系统离散化的仿真节点布局方法，通过实测特征矩阵表征测点温度状态，构建实测特征矩阵-仿真节点温度之间的非线性映射模型，实现代替有限元计算快速获取系统大量离散点温度信息；最后，虑及系统温度分布不均匀性，研究局部大梯度温度插值方法及全局平滑温度插值方法，构建全场温度插值加权融合模型，形成分区域三维温度场插值方法。该方法可实现主动抑振系统全场动态温度的实时精准感知，为后续制定全场不同方位压电作动器的协同温度控制策略奠定基础。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种低温风洞试验中压电主动抑振系统的温度感知方法，步骤如下：
4、1)基于典型主动抑振结构模型开展有限元仿真分析，通过不同低温风洞试验工况下的有限元仿真，得到温度分布规律及敏感区域；综合考虑仿真分析结果、实际操作局限等因素选择最具代表性的测点，确定潜在温度采样点数量及分布；通过统计分析方法优选潜在测点，实现少量实测点最大程度地代表整个温度场的变化，并确定实测点数量及分布，形成测点优选方法；最终进行低温工况测温试验，实现低温风洞试验环境复现与实测温度数据采集。具体如下：
5、1.1)建立主动抑振结构模型，面向低温风洞试验实际工作需求，改变攻角大小、来流速度等试验条件，开展不同低温风洞试验工况下的有限元仿真，得到温度分布规律及敏感区域；
6、1.2)根据仿真结果确定温度梯度变化幅度大的区域，结合实际操作可行性、结构几何特点，包括传感器大小、受力位置影响测量精度等因素选择最具代表性的测点作为潜在测温点；
7、1.3)基于1.1的仿真结果，获取不同试验条件下潜在测点的温度时序数据，通过主成分分析(pca)方法，计算标准化后矩阵xstd的协方差矩阵c：
8、
9、其中，x是潜在测点坐标矩阵，μ是平均值，σ是标准差。然后进行特征分解cvi＝λivi，其中，λi是第i个特征值，vi是与λi对应的特征向量。选择对系统温度变化影响最大的分量，确定实测点数量及分布，完成测点位置的优选：
10、y＝xstdvk (3)
11、importancei＝||yi|| (4)
12、上述过程中，vk是前k个特征向量组成的矩阵，y是投影后的数据矩阵，yi是第i个测点在主成分空间中的投影向量，||yi||是其欧几里得范数；
13、1.4)搭建小型低温风洞试验平台，实现低温风洞试验环境复现，并在上述选定的位置布置温度传感器，进行不同工况下的测温试验，完成测点温度时序数据的采集。
14、2)针对三维温度场在线重建任务需要有足够的温度测量点来覆盖整个三维空间，且短时内提供预测结果，提出代理模型近似仿真过程并减少计算成本。综合考虑插值拟合精度及计算速率，设计代理模型仿真节点布局优化方法，确保优化后的插值结果在速度和精度之间取得最佳平衡；结合实测点时间序列数据的时域特征(一阶、二阶导数)及频域特征(幅度、相位)组成输入特征矩阵，下一时刻的仿真节点温度信息为输出构建大数据集；利用深度学习方法构建实测点到仿真节点温度的非线性映射模型，实现主动抑振系统大量离散温度信息的快速准确获取。具体步骤如下：
15、2.1)虑及三维温度场精确插值需要大量数据，通过代理模型近似仿真结果，选择大量离散仿真节点，以插值速度及精度为优化目标，确定仿真离散节点数量及布局，形成基于adam(adaptive moment estimation)方法的仿真离散节点布局优化方法：
16、
17、
18、式(5)为定义的均方误差(mse)损失函数，表征插值精度，插值速度与节点数量n成正比，式中，m是验证点数量，tj是第j个本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种低温风洞试验中压电主动抑振系统的温度感知方法，其特征在于，包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种低温风洞试验中压电主动抑振系统的...
【专利技术属性】
技术研发人员：周孟德，吴薇，刘巍，任宇航，朱彬凯，赵麒，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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