一种基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法

本发明属于热环境测试与热特性评估，具体涉及一种基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法。

背景技术：

1、在空间引力波望远镜地面测试、精密光学载荷热环境试验以及其他对低频温度噪声敏感的应用场景中，隔热箱内部温度稳定性是评价热环境性能的重要指标。对于此类应用，评估重点通常不在于时域温度波动幅值，而在于特定低频频段内温度扰动的频域特性，因此通常需要基于功率谱密度或幅度谱密度对温度稳定性进行分析。

2、现有技术中，获取隔热箱内部温度稳定性的常用方法是采用高精度温度测量系统对隔热箱内部温度进行直接测量，并基于实测温度数据开展频域分析。该方法虽然能够直接获取内部温度变化信息，但存在设备成本高、测量系统复杂以及测试周期长等问题，在一定程度上限制了其工程推广。

3、此外，现有技术多基于隔热箱内部实测温度数据对温度稳定性进行分析，主要反映特定工况下的温度变化结果，难以揭示外部温度扰动与内部温度响应之间的动态传递关系。对于高稳定热环境应用，仅依赖内部温度变化结果难以全面表征隔热箱的温度稳定性能，亟需从系统动态特性角度对其进行进一步分析。

4、因此，本发明所要解决的技术问题是：现有隔热箱内部温度稳定性评估方法依赖长期、高精度温度测量系统，测试周期长、成本高，且难以有效表征隔热箱动态热稳定特性的不足的问题，亟需一种隔热箱内部温度稳定性评估方法，以实现无需长期依赖高精度温度测量系统即可对隔热箱内部温度稳定性进行准确评估。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

2、一种基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，包括：

3、对隔热箱施加外部温度激励，并同步采集隔热箱的外表面温度数据与内表面温度数据；

4、利用外表面温度数据与内表面温度数据，通过系统辨识建立等效热传递函数模型，所述等效热传递函数模型用于表征隔热箱的外部温度扰动与内部温度响应之间的动态传递关系；

5、利用等效热传递函数模型构建过程的实验数据对等效热传递函数模型进行验证；

6、获取隔热箱在稳态运行条件下的外部温度扰动频谱，并利用验证后的所述等效热传递函数模型，将外部温度扰动频谱映射为内部温度响应频谱，从而实现对隔热箱内部温度稳定性的定量评估。

7、本发明具有以下有益效果：

8、（1）本发明能够在无需长期依赖高精度温度测量系统的条件下，实现对隔热箱内部温度稳定性的评估，从而降低测试成本与实施复杂度；

9、（2）本发明采用系统辨识方法建立并验证隔热箱各外表面温度扰动与对应各内表面温度响应之间的六组单输入单输出等效热传递函数模型，实现了隔热箱热动态传递特性的参数化表征，使内部温度稳定性评估由直接扩展为基于热动态模型的预测分析；

10、（3）本发明通过基于验证的等效热传递函数模型结合恒温箱稳态运行条件下的温度频谱特性，可预测隔热箱内部温度响应频谱，实现对低频温度扰动传递特性的定量分析，提高隔热箱热环境性能评估的准确性；

11、（4）本发明适用于对低频温度噪声敏感的高稳定热环境测试场景，包括空间精密载荷相关地面试验等应用。

1.一种基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，其特征在于，外部温度激励采用类阶跃温度激励；首先将恒温箱设定为第一稳定温度，并保持运行直至隔热箱外部温度及内部温度均达到稳定状态；随后将恒温箱的设定温度调整至第二稳定温度，由此使隔热箱外部温度发生受控变化。

3.根据权利要求1所述的基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，其特征在于，在隔热箱的六个外表面分别设置多个外部温度传感器，在隔热箱的六个内表面分别设置多个内部温度传感器，并通过数据采集系统同步采集各温度测点的温度时间序列。

4.根据权利要求1所述的基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，其特征在于，对同一表面的多个温度测点进行加权平均处理，得到对应表面的等效外部温度与等效内部温度。

5.根据权利要求1所述的基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，其特征在于，采用带时滞的二阶等效热传递函数描述隔热箱的外部温度扰动至内部温度响应之间的热动态传递关系，带时滞的二阶等效热传递函数包含静态增益、第一热时间常数、第二热时间常数以及等效热传递时滞。

6.根据权利要求1所述的基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，其特征在于，采用拟合优度和均方误差作为等效热传递函数模型的验证指标。

7.根据权利要求6所述的基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，其特征在于，等效热传递函数模型的复频率响应通过将所述等效热传递函数模型的复频率变量替换为获得，其中，为复数因子，为温度扰动频率，复频率响应由静态增益、第一热时间常数、第二热时间常数以及等效热传递时滞确定。

8.根据权利要求1所述的基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，其特征在于，对隔热箱在稳态运行条件下的外表面温度时间序列进行频域分析，获得外表面温度扰动对应的温度幅度谱密度。

9.根据权利要求8所述的基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，其特征在于，根据等效热传递函数的幅频特性与外部温度幅度谱密度的乘积，确定所述内表面温度响应的温度幅度谱密度。

10.根据权利要求9所述的基于系统辨识的隔热箱内部温度稳定性评估方法，其特征在于，根据内表面温度幅度谱密度在目标频率范围内的等效温度波动均方根值，评价隔热箱的内部温度稳定性。