專利名稱：基于預(yù)測(cè)控制的即熱式加熱體控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率即熱式加熱體的預(yù)測(cè)控制方法。
背景技術(shù)：
為了方便人們生活上的便利，即熱式加熱體已經(jīng)廣泛應(yīng)用在我們的生活中，比如磨豆咖啡機(jī)，即熱式飲水設(shè)備，即熱式熱水器等。這些加熱體都是采用大功率的即熱式加熱體，可以將冷水迅速加熱到熱水。為了進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度控制，需要配置進(jìn)行水溫檢測(cè)的溫度傳感器。除了溫度傳感器本身具有熱慣性的特性以外，由于溫度傳感器不能與水直接接觸，中間必須要有衛(wèi)生合格材料進(jìn)行隔離，這就更加降低了測(cè)量數(shù)據(jù)的時(shí)效性。一方面由于加熱功率很大，水溫變化速度快，一方面檢測(cè)數(shù)據(jù)具有很大的延遲特性，這就造成了即熱式加熱體控制的巨大難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決即熱式加熱體出水溫度的控制問(wèn)題，利用出水溫度的測(cè)量數(shù)值，預(yù)測(cè)溫度的變化趨勢(shì)，從而準(zhǔn)確控制出水溫度。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
基于預(yù)測(cè)控制的即熱式加熱體控制方法，包括進(jìn)行集中控制的單片機(jī)，安裝在所述的即熱式加熱體的出水口并與所述的單片機(jī)相連的溫度傳感器，所述的單片機(jī)控制與所述的即熱式加熱體連接的電子開關(guān)器件來(lái)進(jìn)行加熱，所述的即熱式加熱體的加熱功率為P，P=PWM*V2/R，其中，PWM是所述的電子開關(guān)器件的占空比，V為供電電壓，R為所述的即熱式加熱體的內(nèi)阻，所述的單片機(jī)每隔固定時(shí)間T通過(guò)檢測(cè)所述的溫度傳感器獲得所述的即熱式加熱體的出水溫度A (k)，而前次測(cè)量的出水溫度為h (k-1)，設(shè)定出水溫度的控制目標(biāo)為Ttl,因此出水溫度與控制目標(biāo)之間的當(dāng)前誤差為e(k)= T0 - tjk),前次誤差為e(k-l) =T0- tjk-l)，因此控制輸出 PWM=100% - A / e(k) + B * [e (k) - e (k_l)]，所述的系數(shù) A和B為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。為了減少加熱的時(shí)間，當(dāng)e(k) >10°C時(shí),取A = 0;當(dāng)e(k) = 0°C時(shí),不經(jīng)過(guò)計(jì)算
直接取PWM = 0%。經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)PWM > 100% 時(shí)，取 PWM = 100%;當(dāng) PWM < 0% 時(shí)，取 PWM = 0%。本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在:1、系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單，硬件成本低；2、采用預(yù)測(cè)控制原理,控制響應(yīng)快,穩(wěn)定性好,出水溫度不會(huì)大幅波動(dòng)。


圖1是即熱式加熱體的加熱框 圖2是即熱式加熱體的控制流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1-2，基于預(yù)測(cè)控制的即熱式加熱體控制方法，包括進(jìn)行集中控制的單片機(jī)，安裝在所述的即熱式加熱體2的出水口并與所述的單片機(jī)相連的溫度傳感器，所述的溫度傳感器用于測(cè)量所述的即熱式加熱體的出水溫度，所述的單片機(jī)控制與所述的即熱式加熱體2連接的電子開關(guān)器件來(lái)進(jìn)行加熱。儲(chǔ)水容器I中的水向下經(jīng)過(guò)所述的即熱式加熱體2，被迅速加熱到設(shè)定溫度。所述的即熱式加熱體2的加熱功率為P，P=PWM*V2/R，其中，PWM是所述的電子開關(guān)器件的占空t匕，V為供電電壓，R為所述的即熱式加熱體2的內(nèi)阻。所述的單片機(jī)每隔固定時(shí)間T檢測(cè)所述的即熱式加熱體2的出水溫度tjk)，而前次測(cè)量的出水溫度為h (k-1)，設(shè)定出水溫度的控制目標(biāo)為Ttl，因此出水溫度與控制目標(biāo)之間的當(dāng)前誤差為
e (k) = T0 - (k),
前次誤差為
e (k_l) = T0 _ t J (k_l)。為了盡快消除誤差，實(shí)現(xiàn)出水溫度迅速達(dá)到控制目標(biāo)Ttl,因此，控制輸出 PWM= 100% - A / e(k) + B * [e (k) - e (k-1)]，
其中，所述的系數(shù)A和B為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。將e (k) = T0- t ! (k)和 e (k_l) = T0 - t: (k_l)帶入,得到PWM= 100% - A / e(k) - B * [t: (k)- tjk-l)]。從上式中可以看到，右邊的第一項(xiàng)是為了加快加熱速度，直接進(jìn)行最大功率輸出；第二項(xiàng)是為了在溫度接近控制目標(biāo)之前，將加熱功率降低下來(lái)，防止出水溫度超過(guò)控制目標(biāo)太大；第三項(xiàng)是為了在溫度變化過(guò)快的時(shí)候，將加熱功率降下來(lái)，也可以防止出水溫度超過(guò)控制目標(biāo)太大。 同時(shí)，為了減少加熱的時(shí)間，當(dāng)e(k) >10°C時(shí)，取A = 0，這樣可以在出水溫度沒有接近控制目標(biāo)的時(shí)候，可以以更大功率進(jìn)行加熱；ie(k) = (TC時(shí)，因?yàn)橛?jì)算公式中，右邊第二項(xiàng)的分母中存在e(k)，為了避免計(jì)算錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)不經(jīng)過(guò)計(jì)算直接取PWM = 0%。經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng)PWM > 100% 時(shí)，取 PWM = 100%;當(dāng) PWM < 0% 時(shí)，取 PWM = 0%。綜上所述，該發(fā)明根據(jù)即熱式加熱體和溫度傳感器的特點(diǎn)，采用預(yù)測(cè)控制的思想，預(yù)測(cè)水溫的變化區(qū)域，及時(shí)調(diào)整加熱功率，準(zhǔn)確控制出水溫度，具有很好的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.基于預(yù)測(cè)控制的即熱式加熱體控制方法，包括進(jìn)行集中控制的單片機(jī)，安裝在所述的即熱式加熱體的出水口并與所述的單片機(jī)相連的溫度傳感器，所述的單片機(jī)控制與所述的即熱式加熱體連接的電子開關(guān)器件來(lái)進(jìn)行加熱，所述的即熱式加熱體的加熱功率為P，P=PWM*V2/R，其中，PWM是所述的電子開關(guān)器件的占空比，V為供電電壓，R為所述的即熱式加熱體的內(nèi)阻，其特征在于:所述的單片機(jī)每隔固定時(shí)間T通過(guò)檢測(cè)所述的溫度傳感器獲得所述的即熱式加熱體的出水溫度tjk)，而前次測(cè)量的出水溫度為tjk-l)，設(shè)定出水溫度的控制目標(biāo)為Ttl，因此出水溫度與控制目標(biāo)之間的當(dāng)前誤差為e(k)= T0 - tjk)，前次誤差為 e(k-l)= T0- tjk-l)，因此控制輸出 PWM=100% - A / e(k) + B * [e (k) - e(k_l)]，所述的系數(shù)A和B為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于預(yù)測(cè)控制的即熱式加熱體控制方法，其特征在于:為了減少加熱的時(shí)間，當(dāng)e(k) >10°C時(shí),取A = 0;當(dāng)e(k) = 0°C時(shí),不經(jīng)過(guò)計(jì)算直接取PWM = 0%。
3.如權(quán)利要求1所述的基于預(yù)測(cè)控制的即熱式加熱體控制方法，其特征在于:經(jīng)過(guò)計(jì)算，當(dāng) PWM > 100% 時(shí)，取 PWM = 100%;當(dāng) PWM < 0% 時(shí)，取 PWM = 0%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于預(yù)測(cè)控制的即熱式加熱體控制方法，包括進(jìn)行集中控制的單片機(jī)，安裝在所述的即熱式加熱體的出水口并與所述的單片機(jī)相連的溫度傳感器，所述的單片機(jī)控制與所述的即熱式加熱體連接的電子開關(guān)器件來(lái)進(jìn)行加熱，所述的即熱式加熱體的加熱功率為P，P=PWM*V2/R，其中，PWM是所述的電子開關(guān)器件的占空比，V為供電電壓，R為所述的即熱式加熱體的內(nèi)阻，所述的單片機(jī)每隔固定時(shí)間T通過(guò)檢測(cè)所述的溫度傳感器獲得所述的即熱式加熱體的出水溫度t1(k)，而前次測(cè)量的出水溫度為t1(k-1)，設(shè)定出水溫度的控制目標(biāo)為T0，出水溫度與控制目標(biāo)之間的當(dāng)前誤差為e(k)=T0-t1(k)，前次誤差為e(k-1)=T0-t1(k-1)，因此控制輸出PWM=100%-A/e(k)+B*[e(k)-e(k-1)]，所述的系數(shù)A和B為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。
文檔編號(hào)F24H9/20GK103196236SQ20131015506
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月29日
發(fā)明者程曉東, 劉瑜, 方曙光 申請(qǐng)人:慈溪邁思特電子科技有限公司