CN110953718B - 恒温控制方法、装置及净水机 - Google Patents

恒温控制方法、装置及净水机 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种恒温控制方法、装置及净水机，该恒温控制方法包括：获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率；根据出水温度的偏移量和流量值，计算得到比例控制项；根据出水温度的变化率和流量值，计算得到差分项；根据比例控制项和差分项，计算得到控制量；根据控制量，控制加热功率。本发明的恒温控制方法、装置及净水机，根据比例控制项及差分项得到控制量，进而控制加热功率，可实现净水机对温度的稳定控制。

Description

恒温控制方法、装置及净水机
技术领域
本发明涉及电器控制领域，尤其涉及一种恒温控制方法、装置及净水机。
背景技术
为满足用户需求，目前市场上多数净水机已经包含加热***，可为用户提供热水。自来水首先流入滤芯，经过增压泵抽水，以较大流量进入即热管中，用户设置出水温度，当出水口温度传感器检测到出水温度低于用户设置的出水温度时，即热管启动加热，当出水口温度传感器检测到出水温度等于或者高于用户设置的出水温度时，即热管停止加热。
相关技术中，通常采用比例积分微分(Proportion Integral Derivative，简称PID)算法对净水机进行温度控制，为使控制量具有一定的动态调整性，实际应用中通常采用控制量的时间导数与状态量的偏移及其导数以及二阶导数的线性组合来实现：
Figure BDA0001811394310000011
Figure BDA0001811394310000012
其中，u为控制量，例如加热功率；ΔT为温度偏移量；Kp、Ki、Kd为控制参数。但由于计算机实现PID算法时采用离散算法，精度不高的采样条件下，控制算法易失效，同时，由于对控制量的约束属于一阶导数的非刚性约束，稳定性较差，经常出现摆动幅度很大的情况，导致实际使用中控制参数难以确定，进而导致净水机对温度控制的稳定性差。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的第一个目的在于提出一种恒温控制方法，根据出水温度的偏移量和流量值，计算得到比例控制项；根据出水温度的变化率和流量值，计算得到差分项，然后，根据比例控制项和差分项，计算得到控制量，进而根据控制量控制加热功率，可实现净水机对温度的稳定控制。
本发明的第二个目的在于提出一种恒温控制装置。
本发明的第三个目的在于提出一种净水机。
本发明的第四个目的在于提出一种电子设备。
本发明的第五个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
为达上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种恒温控制方法，包括：
获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率；
根据所述出水温度的偏移量和所述流量值，计算得到比例控制项；
根据所述出水温度的变化率和所述流量值，计算得到差分项；
根据所述比例控制项和所述差分项，计算得到控制量；
根据所述控制量，控制加热功率。
根据本发明实施例提出的恒温控制方法，首先，获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率，接着，根据出水温度的偏移量和流量值，计算得到比例控制项，根据出水温度的变化率和流量值，计算得到差分项，然后，根据比例控制项和差分项，计算得到控制量，最后，根据控制量，控制加热功率。根据比例控制项及差分项得到控制量，进而控制加热功率，可实现净水机对温度的稳定控制。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述出水温度的偏移量和所述流量值，计算得到比例控制项，包括：采用第一预设公式，计算得到所述比例控制项，所述第一预设公式为：u1＝Kp*ΔT[n]*F[n]，或，u1＝Kp*(ΔT[n]*F[n])2。其中，所述u1为所述比例控制项；所述Kp为预设的比例系数；所述ΔT[n]为所述出水温度的偏移量；所述F[n]为所述流量值。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述出水温度的变化率和所述流量值，计算得到差分项，包括：采用第二预设公式，计算得到所述差分项，所述第二预设公式为：u2＝Kd*(T[n-1]-T[n])*F[n]，或，u2＝Kd*((T[n-1]-T[n])*F[n])2，或，u2＝Kd*((T[n-1]-T[n])2+2*T[n-1]*T[n])*F[n]2。其中，所述u2为所述差分项；所述Kd为预设的差分系数；所述(T[n-1]-T[n])为所述出水温度的变化率；所述T[n-1]为上一时刻的出水温度；所述T[n]为当前时刻的出水温度；所述F[n]为所述流量值。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述比例控制项和所述差分项，计算得到控制量，包括：将所述比例控制项和所述差分项相加，得到所述控制量。
根据本发明的一个实施例，所述根据所述控制量，控制加热功率，包括：若所述控制量大于0，则控制所述加热功率与所述控制量成正比；若所述控制量等于或者小于0，则控制所述加热功率等于0。
为达上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种恒温控制装置，包括：
获取模块，用于获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率；
第一计算模块，用于根据所述出水温度的偏移量和所述流量值，计算得到比例控制项；
第二计算模块，用于根据所述出水温度的变化率和所述流量值，计算得到差分项；
第三计算模块，根据所述比例控制项和所述差分项，计算得到控制量；
控制模块，用于根据所述控制量，控制加热功率。
根据本发明实施例提出的恒温控制装置，首先，获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率，接着，根据出水温度的偏移量和流量值，计算得到比例控制项，根据出水温度的变化率和流量值，计算得到差分项，然后，根据比例控制项和差分项，计算得到控制量，最后，根据控制量，控制加热功率。根据比例控制项及差分项得到控制量，进而控制加热功率，可实现净水机对温度的稳定控制。
根据本发明的一个实施例，所述第一计算模块，具体用于：采用第一预设公式，计算得到所述比例控制项，所述第一预设公式为：u1＝Kp*ΔT[n]*F[n]，或，u1＝Kp*(ΔT[n]*F[n])2。其中，所述u1为所述比例控制项；所述Kp为预设的比例系数；所述ΔT[n]为所述出水温度的偏移量；所述F[n]为所述流量值。
根据本发明的一个实施例，所述第二计算模块，具体用于：采用第二预设公式，计算得到所述差分项，所述第二预设公式为：u2＝Kd*(T[n-1]-T[n])*F[n]，或，u2＝Kd*((T[n-1]-T[n])*F[n])2，或，u2＝Kd*((T[n-1]-T[n])2+2*T[n-1]*T[n])*F[n]2。其中，所述u2为所述差分项；所述Kd为预设的差分系数；所述(T[n-1]-T[n])为所述出水温度的变化率；所述T[n-1]为上一时刻的出水温度；所述T[n]为当前时刻的出水温度；所述F[n]为所述流量值。
根据本发明的一个实施例，所述第三计算模块，具体用于：将所述比例控制项和所述差分项相加，得到所述控制量。
根据本发明的一个实施例，所述控制模块，具体用于：若所述控制量大于0，则控制所述加热功率与所述控制量成正比；若所述控制量等于或者小于0，则控制所述加热功率等于0。
为达上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种净水机，包括：如本发明第二方面实施例所述的恒温控制装置。
为达上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如本发明第一面实施例所述的恒温控制方法。
为达上述目的，本发明第五方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如本发明第一面实施例所述的恒温控制方法。
附图说明
图1是本发明一个实施例的恒温控制方法的流程图；
图2是根据本发明一个实施例的恒温控制装置的结构图；
图3是根据本发明一个实施例的净水机的结构图；
图4是根据本发明一个实施例的电子设备的结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图来描述本发明实施例的恒温控制方法、装置及净水机。
图1是本发明一个实施例的恒温控制方法的流程图，如图1所示，该恒温控制方法包括：
S101，获取出水温度的偏移量ΔT[n]、流量值F[n]和出水温度的变化率(T[n-1]-T[n])。
本发明实施例中，可在净水机出水口处设置温度传感器，通过温度传感器实时检测出水温度，并将采集到的出水温度发送给净水机，然后由净水机对采集到的出水温度进行缓存。净水机可在温度传感器上获取当前时刻的出水温度T[n]，从缓存的数据中获取上一时刻的出水温度T[n-1]，其中，上一时刻为在当前时刻单位时间之前的时刻，例如，当前时刻为t，则上一时刻为当前时刻t单位时间之前的时刻，即上一时刻与当前时刻的差值为单位时间。净水机获取用户设置的设定温度Ts，则出水温度的偏移量ΔT[n]＝Ts-T[n]，出水温度的变化率＝T[n-1]-T[n]。可在净水机出水口设置流量传感器，通过流量传感器可实时获取净水机出水口的流量值F[n]。
S102，根据出水温度的偏移量ΔT[n]和流量值F[n]，计算得到比例控制项u1。
本发明实施例中，可采用第一预设公式计算得到比例控制项u1。作为一种可行的实施方式，第一预设公式可为：u1＝Kp*ΔT[n]*F[n]；作为另一种可行的实施方式，第一预设公式还可为：u1＝Kp*(ΔT[n]*F[n])2。其中，u1为比例控制项；Kp为预设的比例系数；ΔT[n]为出水温度的偏移量；F[n]为流量值。
S103，根据出水温度的变化率(T[n-1]-T[n])和流量值F[n]，计算得到差分项u2。
本发明实施例中，可采用第二预设公式计算得到差分项u2。作为一种可行的实施方式，第二预设公式可为：u2＝Kd*(T[n-1]-T[n])*F[n]；作为另一种可行的实施方式，第二预设公式还可为：u2＝Kd*((T[n-1]-T[n])*F[n])2；作为另一种可行的实施方式，第二预设公式还可为：u2＝Kd*((T[n-1]-T[n])2+2*T[n-1]*T[n])*F[n]2。其中，u2为差分项；Kd为预设的差分系数；(T[n-1]-T[n])为出水温度的变化率；T[n-1]为上一时刻的出水温度；T[n]为当前时刻的出水温度；F[n]为流量值。
S104，根据比例控制项u1和差分项u2，计算得到控制量u。
本发明实施例中，可将比例控制项u1和差分项u12相加，得到控制量u，即u＝u1+u2。
S105，根据控制量u，控制加热功率。
本发明实施例中，不同的控制量u，需要对加热功率进行不同的控制。作为一种可行的实施方式，若控制量大于0，则控制加热功率与控制量成正比；若控制量等于或者小于0，则控制加热功率等于0。具体的，当u＞0时，控制加热功率与控制量成正比，u越大，加热功率越大，u越小，加热功率越小；当u≤0时，说明此刻出水温度已达到或者超过用户设定温度Ts，则控制加热功率等于0，停止加热。控制量u＝u1+u2，其中，u1在温度控制中主要提供逻辑控制，即出水温度离用户设定温度Ts越大，则加热功率越大，以使出水温度尽快接近Ts，温度越接近Ts，则加热功率越小。u2在温度控制中主要提供出水温度接近Ts时的缓冲，即处于加热阶段吹水温度上升过快时，u2进一步减小加热功率，处于降温阶段温度下降过快时，u2提前开启加热。最终使出水温度快速而稳定的达到用户设定温度Ts。
根据本发明实施例提出的恒温控制方法，首先，获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率，接着，根据出水温度的偏移量和流量值，计算得到比例控制项，根据出水温度的变化率和流量值，计算得到差分项，然后，根据比例控制项和差分项，计算得到控制量，最后，根据控制量，控制加热功率。根据比例控制项及差分项得到控制量，进而控制加热功率，可实现净水机对温度的稳定控制。
图2是根据本发明一个实施例的恒温控制装置的结构图，如图2所示，该恒温控制装置包括：
获取模块21，用于获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率；
第一计算模块22，用于根据出水温度的偏移量和流量值，计算得到比例控制项；
第二计算模块23，用于根据出水温度的变化率和流量值，计算得到差分项；
第三计算模块24，根据比例控制项和差分项，计算得到控制量；
控制模块25，用于根据控制量，控制加热功率。
需要说明的是，前述对恒温控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的恒温控制装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的恒温控制装置，首先，获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率，接着，根据出水温度的偏移量和流量值，计算得到比例控制项，根据出水温度的变化率和流量值，计算得到差分项，然后，根据比例控制项和差分项，计算得到控制量，最后，根据控制量，控制加热功率。根据比例控制项及差分项得到控制量，进而控制加热功率，可实现净水机对温度的稳定控制。
进一步的，在本发明实施例一种可能的实现方式中，第一计算模块22，具体用于：采用第一预设公式，计算得到比例控制项，第一预设公式为：u1＝Kp*ΔT[n]*F[n]，或，u1＝Kp*(ΔT[n]*F[n])2。其中，u1为比例控制项；Kp为预设的比例系数；ΔT[n]为出水温度的偏移量；F[n]为流量值。
进一步的，在本发明实施例一种可能的实现方式中，第二计算模块23，具体用于：采用第二预设公式，计算得到差分项，第二预设公式为：u2＝Kd*(T[n-1]-T[n])*F[n]，或，u2＝Kd*((T[n-1]-T[n])*F[n])2，或，u2＝Kd*((T[n-1]-T[n])2+2*T[n-1]*T[n])*F[n]2。其中，u2为差分项；Kd为预设的差分系数；(T[n-1]-T[n])为出水温度的变化率；T[n-1]为上一时刻的出水温度；T[n]为当前时刻的出水温度；F[n]为流量值。
进一步的，在本发明实施例一种可能的实现方式中，第三计算模块24，具体用于：将比例控制项和差分项相加，得到控制量。
进一步的，在本发明实施例一种可能的实现方式中，控制模块25，具体用于：若控制量大于0，则控制加热功率与控制量成正比；若控制量等于或者小于0，则控制加热功率等于0。
需要说明的是，前述对恒温控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的恒温控制装置，此处不再赘述。
根据本发明实施例提出的恒温控制装置，首先，获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率，接着，根据出水温度的偏移量和流量值，计算得到比例控制项，根据出水温度的变化率和流量值，计算得到差分项，然后，根据比例控制项和差分项，计算得到控制量，最后，根据控制量，控制加热功率。根据比例控制项及差分项得到控制量，进而控制加热功率，可实现净水机对温度的稳定控制。
为了实现上述实施例，本发明实施例还提出一种净水机30，如图3所示，包括：如上述实施例所示的恒温控制装置31。
为了实现上述实施例，本发明实施例还提出一种电子设备40，如图4所示，该电子设备包括存储器41和处理器42。存储器41上存储有可在处理器42上运行的计算机程序，处理器42执行程序，实现如上述实施例所示的恒温控制方法。
为了实现上述实施例，本发明实施例还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现如上述实施例所述的恒温控制方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种恒温控制方法，其特征在于，包括：
获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率；
根据所述出水温度的偏移量和所述流量值，计算得到比例控制项，采用第一预设公式，计算得到所述比例控制项，所述第一预设公式为：
u1=Kp*ΔT[n]*F[n]，或，
u1=Kp*(ΔT[n]*F[n])2
其中，所述u1为所述比例控制项；
所述Kp为预设的比例系数；
所述ΔT[n]为所述出水温度的偏移量，所述ΔT[n]＝Ts-T[n]，所述Ts为用户设定温度；
所述F[n]为所述流量值；
根据所述出水温度的变化率和所述流量值，计算得到差分项，包括：
采用第二预设公式，计算得到所述差分项，所述第二预设公式为：
u2=Kd*(T[n-1]-T[n])*F[n]，或，
u2=Kd*((T[n-1]-T[n])*F[n])2，或，
u2=Kd*((T[n-1]-T[n])2+2*T[n-1]*T[n])*F[n]2
其中，所述u2为所述差分项；
所述Kd为预设的差分系数；
所述（T[n-1]-T[n]）为所述出水温度的变化率；
所述T[n-1]为上一时刻的出水温度；
所述T[n]为当前时刻的出水温度；
所述F[n]为所述流量值；
根据所述比例控制项和所述差分项，计算得到控制量；
根据所述控制量，控制加热功率。
2.根据权利要求1所述的恒温控制方法，其特征在于，所述根据所述比例控制项和所述差分项，计算得到控制量，包括：
将所述比例控制项和所述差分项相加，得到所述控制量。
3.根据权利要求1所述的恒温控制方法，其特征在于，所述根据所述控制量，控制加热功率，包括：
若所述控制量大于0，则控制所述加热功率与所述控制量成正比；
若所述控制量等于或者小于0，则控制所述加热功率等于0。
4.一种恒温控制装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取出水温度的偏移量、流量值和出水温度的变化率；
第一计算模块，用于根据所述出水温度的偏移量和所述流量值，计算得到比例控制项，采用第一预设公式，计算得到所述比例控制项，所述第一预设公式为：
u1=Kp*ΔT[n]*F[n]，或，
u1=Kp*(ΔT[n]*F[n])2
其中，所述u1为所述比例控制项；
所述Kp为预设的比例系数；
所述ΔT[n]为所述出水温度的偏移量，所述ΔT[n]＝Ts-T[n]，所述Ts为用户设定温度；
所述F[n]为所述流量值；
第二计算模块，用于根据所述出水温度的变化率和所述流量值，计算得到差分项，具体用于：
采用第二预设公式，计算得到所述差分项，所述第二预设公式为：
u2=Kd*(T[n-1]-T[n])*F[n]，或，
u2=Kd*((T[n-1]-T[n])*F[n])2，或，
u2=Kd*((T[n-1]-T[n])2+2*T[n-1]*T[n])*F[n]2
其中，所述u2为所述差分项；
所述Kd为预设的差分系数；
所述（T[n-1]-T[n]）为所述出水温度的变化率；
所述T[n-1]为上一时刻的出水温度；
所述T[n]为当前时刻的出水温度；
所述F[n]为所述流量值；
第三计算模块，根据所述比例控制项和所述差分项，计算得到控制量；
控制模块，用于根据所述控制量，控制加热功率。
5.根据权利要求4所述的恒温控制装置，其特征在于，所述第三计算模块，具体用于：
将所述比例控制项和所述差分项相加，得到所述控制量。
6.根据权利要求4所述的恒温控制装置，其特征在于，所述控制模块，具体用于：
若所述控制量大于0，则控制所述加热功率与所述控制量成正比；
若所述控制量等于或者小于0，则控制所述加热功率等于0。
7.一种净水机，其特征在于，包括：如权利要求4-6任一项所述的恒温控制装置。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求1-3中任一项所述的恒温控制方法。
9.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现如权利要求1-3中任一项所述的恒温控制方法。
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