一種連續液位模擬仿真方法
2023-09-19 21:41:10 2
一種連續液位模擬仿真方法
【專利摘要】本發明涉及一種連續液位仿真模擬方法，包括如下步驟：(1)設置仿真時貯箱內液位傳感器及變換器的參數；(2)得到期望貯箱的時間t期望-液位高度H的關係數據；(3)計算貯箱的三角波特性電壓數據Utrag和線性特性電壓數據Uline；(4)將計算得到的三角波特性電壓數據Utrag和線性特性電壓數據Uline進行存儲，並將電壓數據Utrag和Uline轉換為模擬電壓向外輸出，同時通過網絡向外輸出，本發明將液位高度信息轉化為液位傳感器變換器的輸出電壓信息，模擬仿真輸出三角波特性電壓信號與線性電壓信號，同時可實現對輸出信號的同步回採，以驗證輸出信號的準確性，解決了由於無信號源，無法對地面或箭上液位處理設備進行功能測試的問題。
【專利說明】一種連續液位模擬仿真方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基於電容液位測量原理的連續液位模擬仿真方法，特別是一種將 液位高度信息轉化為模擬產生電容式傳感器變換器輸出電壓數據的方法，屬於液位仿真技 術領域。
【背景技術】
[0002] 在航天領域，運載火箭在執行每一次發射任務之前，對各系統的測試覆蓋性具有 嚴格的要求，期望對各系統中的各個環節均可以完全測試到。因此，關係到火箭發射成敗的 關鍵參數之一推進劑連續液位參數，則對於加注系統、利用系統均至關重要。而且，新一代 運載火箭採用分節電容式連續液位測量原理實現液位測量，安裝於貯箱內部的分節電容式 液位傳感器實時感知貯箱內的液位變化，通過變換器輸出一路三角波特性電壓信號與一路 線性特性電壓信號，如圖1所示為分節電容式液位傳感器輸出信號示意圖，地面液位測量 數據處理軟體及箭上的液位處理器分別接收兩路電壓信號，進行處理、計算出推進劑液位 高度數據。因此，液位測量設備輸出的原始的電壓信號對於地面液位參數處理設備及箭上 液位處理器的考核與覆蓋性測試至關重要。然而，現有的液位產品的單元測試設備僅局限 於對傳感器、變換器及設備本身的參數進行測量，不能提供可真實反映加注或飛行時液位 變化情況的電壓信號源，以此用作地面及箭上液位處理設備進行動態功能測試。因此，對於 各系統中與液位參數處理結果相關的設備的不能達到100%的測試覆蓋性要求。因此，提出 一種基於分節電容式液位測量原理的液位模擬仿真方法具有重要的現實意義。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種連續液位模擬仿真方法，該方 法可以將液位高度信息轉化為液位傳感器變換器的輸出電壓信息，可以模擬仿真輸出三角 波特性電壓信號與線性電壓信號，同時可實現對輸出信號的同步回採，以驗證輸出信號的 準確性，解決了由於無信號源，無法對地面或箭上液位處理設備進行功能測試的問題。
[0004] 本發明的上述目的主要是通過如下技術方案予以實現的：
[0005] -種連續液位仿真模擬方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟（一）、設置仿真時貯箱內液位傳感器及變換器的參數，包括貯箱內安裝的分 節電容式液位傳感器的安裝高度％、液位傳感器數量m、第i根液位傳感器與第i+1根液位 傳感器根間距Ii(i= 1?m-1)、第i根液位傳感器的分節單元數叫、分節單元長度L、節 間距長度S、變換器輸出三角波特性電壓最小值utDlin、變換器輸出三角波特性電壓最大值 utmax、變換器輸出線性特性電壓最小值ulDlin和變換器輸出線性特性電壓最大值ulniax ;
[0007] 步驟（二）、得到期望貯箱的時間-液位高度H的關係數據，具體方法如下：
[0008](1)、讀取數據文件中貯箱的時間-液位高度的原始數據記錄，並計算任意相鄰兩 條原始數據記錄的時間間隔At;
[0009] (2)、根據設定期望數據時間間隔A七#|§與相鄰兩條原始數據記錄的時間間隔 At，確定需要在原始數據記錄中插入數據記錄後的總行數m:
[0010]m=At/A月望；
[0011] ⑶、對步驟（1)中的時間-液位高度的原始數據進行線性插值，形成以At_為 時間間隔的時間twa-液位高度H的關係數據；
[0012] 步驟（三）、計算C箱的三角波特性電壓數據Utrag和線性特性電壓數據Uline, 具體方法如下：
[0013] (1)、根據步驟（一）中的液位傳感器的安裝高度H。、液位傳感器數量m、第i根液 位傳感器與第i+1根液位傳感器根間距Mi= 1?m-1)對貯箱液位高度進行分段，分段 的數量與傳感器的根數相同，分別計算每根傳感器的測量範圍，第i根傳感器的測量範圍 為[Himin，Himax];
【權利要求】
1. 一種連續液位仿真模擬方法，其特徵在於：包括如下步驟： 步驟（一）、設置仿真時貯箱內液位傳感器及變換器的參數，包括貯箱內安裝的分節電 容式液位傳感器的安裝高度Htl、液位傳感器數量m、第i根液位傳感器與第i+1根液位傳感 器根間距I i(i = 1?m-1)、第i根液位傳感器的分節單元數叫、分節單元長度L、節間距 長度S、變換器輸出三角波特性電壓最小值Utniin、變換器輸出三角波特性電壓最大值ut_、 變換器輸出線性特性電壓最小值Ulniin和變換器輸出線性特性電壓最大值Ulnlax ; 步驟（二）、得到期望貯箱的時間t wa-液位高度H的關係數據，具體方法如下： (1) 、讀取數據文件中貯箱的時間-液位高度的原始數據記錄，並計算任意相鄰兩條原 始數據記錄的時間間隔A t ; (2) 、根據設定期望數據時間間隔A〖^胃與相鄰兩條原始數據記錄的時間間隔A t，確 定需要在原始數據記錄中插入數據記錄後的總行數m : m = A t/ A t 期望； (3) 、對步驟（1)中的時間-液位高度的原始數據進行線性插值，形成以Atwa為時間 間隔的時間twa-液位高度H的關係數據； 步驟（三）、計算貯箱的三角波特性電壓數據Utrag和線性特性電壓數據Uline，具體 方法如下： (1) 、根據步驟（一）中的液位傳感器的安裝高度H0、液位傳感器數量m、第i根液位 傳感器與第i+1根液位傳感器根間距Mi = 1?m-1)對貯箱液位高度進行分段，分段的 數量與傳感器的根數相同，分別計算每根傳感器的測量範圍，第i根傳感器的測量範圍為 [Himin，Himax];
(2) 、根據步驟（一）中的第i根液位傳感器測量範圍的最小值Hlmin、分節單元長度L、 節間距長度S分別計算每根傳感器中每個分節單元的測量範圍，第i根傳感器中第k個分 節單元的測量範圍為 I-^ikminJ ^ikmax-I ;
(3) 、根據步驟（一）中的液位傳感器數量m、第i根液位傳感器的分節單元數Iii和分 節單元長度L，計算有效液位測量高度Hws :
(5)、根據步驟（4)中計算的斜率K值，計算線性特性線性方程截距B : B= Hw-Kxnlinax; (6) 、判斷當前液位高度H是否位於其中一根傳感器測量範圍內，若不在任意一根傳感 器的測量範圍內，則三角波特性輸出電壓為Utmin，線性特性輸出電壓為上一時刻線性特性 輸出電壓；若當前液位高度H位於其中第i根傳感器測量範圍內，則進入步驟（7); (7) 、判斷當前液位高度數據H是否位於所述第i根傳感器測量範圍內的其中一個分節 單元的測量範圍內，若不在其中一個分節單元的測量範圍內，則三角波特性輸出電壓為上 一時刻三角波特性輸出電壓，線性特性輸出電壓為上一時刻線性特性輸出電壓；若在其中 第k個分節單元的測量範圍內，所述第k個分節單元的高度測量範圍為[hikmin，hikmax]，則三 角波特性輸出電壓計算進入步驟（8)，線性特性輸出電壓計算進入步驟（9); (8) 、判斷當前液位位於第i根傳感器分節單元的節數k為奇數或偶數，即從傳感器底 部開始計數，所述分節單元所在節數k為奇數或偶數，如果k為奇數，則按照如下公式計算 當前液位輸出的三角波特性的電壓Utrag :
步驟（四）、將計算得到的三角波特性電壓數據Utrag和線性特性電壓數據Uline進 行存儲，當接收到啟動輸出指令時，將所述電壓數據Utrag和Uline轉換為模擬電壓向外輸 出，同時將所述電壓數據Utrag和Uline通過網絡向外輸出。
2. 根據權利要求1所述的一種連續液位仿真模擬方法，其特徵在於：所述步驟（四）中 將所述電壓數據Utrag和Uline轉換為模擬電壓向外輸出的同時，對所述模擬電壓進行採 集並存儲，以驗證電壓輸出準確性。
3. 根據權利要求1所述的一種連續液位仿真模擬方法，其特徵在於：所述步驟（二）中 所述期望數據時間間隔A 1:#|§小於原始數據記錄的時間間隔A t,且A 1:#|§為10ms-50ms。
4. 根據權利要求1所述的一種連續液位仿真模擬方法，其特徵在於：所述步驟（四）中 啟動輸出指令採用"網絡啟動"模式、"硬體啟動"模式或者"手動啟動"模式發出。
【文檔編號】G01F25/00GK104330135SQ201410575005
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月23日 優先權日:2014年10月23日
【發明者】王莉莉, 楊雅榮, 馮紅亮, 扈曉斌, 何幹輝 申請人:北京遙測技術研究所, 航天長徵火箭技術有限公司