CN103175237A - 微波炉及其自适应功率输出控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微波炉自适应功率输出控制方法，包括以下步骤：控制模块选定数字菜谱后，温度传感器不断检测电源模块的电源变换单元当前的温度；控制模块获取数字菜谱中给定的烹饪功率值和烹饪耗时tT，根据数字菜谱的指令启动电源模块开始烹饪，同时，计时单元开始计时；在烹饪耗时tT时间段内，控制模块以平衡温度点T3为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控电源变换单元的输出功率；上限值为数字菜谱给定的烹饪功率值、下限值为预设的微波炉在过温限功率运行时的功率值。本发明还提供使用上述控制方法的微波炉。采用本发明控制方法的变频微波炉况可以按环境条件，尽可能地以最大输出功率的运行方式而不至于过温。
Description
技术领域
本发明涉及微波炉功率输出控制技术，尤其涉及变频微波炉及其功率输出控制方法。
背景技术
现有的变频微波炉当设定火力为满功率或接近满功率时，均采用降功率方式运行，这种降功率运行方式基本可分为两类，分别见图5和图6，不论何种工作环境或任何烹饪指令均不改变，因此功率输出能力低于工频微波炉。
由于变频微波炉的电源模块（即变频器）的散热器的热容量远低于工频微波炉的电源变压器的热容量，因此在多数工作环境下，如果以额定功率连续运行，则温升过快，极易进入过温保护模式。为兼顾使用与安全，变频微波炉电源的过温保护模式一般分为两级：一级为过温降功率保护模式，当电源模块上温度监控点的温度达到降功率保护点Ts时，将微波功率降低到预设的较低等级（一般为额定值的50～60%），将此时的微波功率值称为微波炉 在过温 限功率运行时 的功率值；二级为过温关断保护模式，当电源模块上温度监控点的温度达到关断保护点Toff时，即关断电源输出，Toff > Ts+10。为避免这种情况，保证烹饪效果，现有变频微波炉当运行额定功率或接近额定功率时都采用降功率运行方式，即通过在运行过程中逐步降低变频器输出功率的方式来降低损耗以达到限制温升的目的。无论变频器处于何种工作环境，这种降功率运行方式都是固定不变的。于是为了保证各种工作环境下使用效果相对一致和运行安全，在设计降功率运行方式时，必须考虑可能出现的工作环境比较恶劣的情况。按照此构思制定的降功率运行方式是以较恶劣的工作环境为参考工作环境的，那么这种降功率运行方式在工作环境良好的情况下必然过于保守，势必限制了变频器在较好的工作环境下的输出功率，导致与采用工频电源的微波炉相比较，变频微波炉存在加热速度慢的缺点。
另外，微波炉刚刚完成一次烹饪工作后，内部温度会很高，如果这时再次开机烹饪，纵使采用降功率运行方式，仍极有可能进入到过温保护模式。
发明内容
为解决现有变频微波炉加热速度慢，在通常工作环境下电源模块功率输出能力未得到充分利用的技术问题，本发明提供一种微波炉自适应功率输出控制方法。
本发明的微波炉自适应功率输出控制方法，包括以下步骤：
步骤s1：控制模块选定数字菜谱后，温度传感器不断检测电源模块的电源变换单元当前的温度；
步骤s2：所述控制模块获取所述数字菜谱中给定的烹饪功率值和烹饪耗时tT；根据所述数字菜谱的指令启动所述微波炉开始烹饪，同时，计时单元开始计时；
步骤s3：在所述烹饪耗时tT时间段内，所述控制模块以平衡温度点T3为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控所述电源变换单元的输出功率；所述上限值为所述数字菜谱给定的烹饪功率值，所述下限值为预设的所述微波炉在过温限功率运行时的功率值。
采用上述技术方案，可以按环境条件，尽可能地以数字菜谱规定的烹饪功率值运行；此方式较现有的降功率运行模式，功率输出能力更强，加热速度更快，同时原有的过温保护功能和效果不变。
进一步的，所述平衡温度点T3小于或等于所述微波炉的降功率保护点Ts，且Ts- T3≤5℃。
采用上述技术方案，在多数实际使用条件下，电源模块可明显减少降功率的幅度和时间，尽可能地长时间维持数字菜谱给定的烹饪功率；同时平衡温度点T3略低于降功率保护点Ts，而又不至于过温。
进一步的，步骤s2包括以下子步骤：
子步骤s21：所述控制模块判断所述电源变换单元当前的温度是否低于强制散热温度点T0；
子步骤s22：若低于，则启动所述电源模块开始烹饪，并获取所述数字菜谱中给定的烹饪功率值和烹饪耗时tT；同时，所述计时单元开始计时；
子步骤s23：若不低于，则所述控制模块启动散热装置对所述电源变换单元进行散热；再重复执行子步骤s21。
由于微波炉进行一次烹饪后，电源模块中热量并非能够立即散去，电源模块仍维持在较高温度，极易进入过温降功率保护模式。而数字菜谱中规定的烹饪功率值和烹饪耗时，都是按正常运行模式确定的，如果以过温降功率保护模式烹饪，会使菜肴实际吸收的热功少于其所需的热功，势必影响菜肴的烹饪质量。采用上述技术方案，在正式开始烹饪前，先判断电源模块的初始温度是否过高，如果过高则先对其进行散热，直到其温度适合开始烹饪为止，这样，能够保证菜肴的烹饪质量。
进一步的，步骤s3包括以下子步骤：
子步骤s31：所述控制模块判断所述电源变换单元当前的温度是否达到第一调控温度点T1；
子步骤s32：若未达到，则所述控制模块控制所述电源变换单元以所述数字菜谱中给定的烹饪功率值输出功率；
子步骤s33：若达到，则在达到所述第一调控温度点T1的时刻至计时到达烹饪耗时tT的这一时间段内，所述控制模块以所述平衡温度点T3为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控所述电源变换单元的输出功率；所述上限值为所述数字菜谱给定的烹饪功率值，所述下限值为预设的所述微波炉在过温限功率运行时的功率值。
采用上述技术方案，使烹饪过程的前段时期均能按照数字菜谱中规定的烹饪功率值进行烹饪，只有在存在过温风险时才修正实际烹饪功率，能够尽可能地按照数字菜谱的规定来制作菜肴，尽可能地使烹饪出的菜肴达到预期的效果。
进一步的，45℃≤T0＜T1；5℃≤T3-T1≤20℃。
更进一步的，子步骤s33进一步包括以下分步骤：
分步骤s331：若达到所述第一调控温度点T1，所述控制模块判断所述电源变换单元当前的温度Tp是否达到第二调控温度点T2；
分步骤s332：若未达到T2，则所述控制模块以温度上升速率值a*(T3-Tp)/(tT-tp)为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控所述电源变换单元的输出功率；所述上限值为所述数字菜谱给定的烹饪功率值，所述下限值为预设的所述微波炉在过温限功率运行时的功率值；其中，Tp为当前采样温度，tp为当前的温度Tp对应的当前计时值，1≤a≤4；
分步骤s333：若达到T2，则在达到所述第二调控温度点T2的时刻至计时到达所述烹饪耗时tT的这一时间段内，所述控制模块以所述平衡温度点T3为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控所述电源变换单元的输出功率；所述上限值为所述数字菜谱给定的烹饪功率值，所述下限值为预设的所述微波炉在过温限功率运行时的功率值。
对烹饪时间较长的菜谱，采用上述技术方案，可使烹饪过程的功率改变相对比较平稳。
进一步的，T3- T2≥5℃。
本发明还提供使用上述功率输出控制方法的微波炉。
本发明的有益效果是：采用本发明控制方法的变频微波炉况可以按环境条件，尽可能地以最大输出功率的运行方式运行；此方式较现有的降功率运行模式，功率输出能力更强，加热速度更快，同时原有的过温保护功能和效果不变；并且，在多数实际使用条件下，电源模块的温升，降功率保护点Ts还留有一定余量，可以尽可能地长时间按菜谱给定的烹饪功率值输出功率而不至于过温。
附图说明
图1是本发明实施例的变频微波炉结构示意框图；
图2是本发明实施例的自适应功率输出控制方法的流程图；
图3是采用本发明的一种控制方法的微波炉在整个烹饪过程中的输出功率曲线图；
图4是采用了本发明的一种优选控制方法的微波炉在整个烹饪过程中的输出功率曲线图；
图5是采用采用一种现有控制方式的变频微波炉在整个烹饪过程中的输出功率曲线图；
图6是采用采用另一种现有控制方式的变频微波炉在整个烹饪过程中的输出功率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。在本发明的附图中，同一实施例的相关的多幅附图中同一个元件将用同一个符号表示。
本发明的功率输出控制方法应用于变频微波炉中，如图1所示，微波炉包括电源模块1、控制模块2和磁控管3，电源模块1包括电源变换单元11、环路控制单元12和温度传感器13，控制模块2包括核心控制单元20、温度检测单元21、存储单元22、功率调控接口单元23、控制算法单元24、计时单元25和人机交互介面单元26。
电源模块1中的电源变换单元11用于产生驱动磁控管3所需的阳极电压和灯丝电流，它以开关方式工作，受环路控制器12控制；环路控制单元12在控制模块2的功率调控接口单元23控制下，控制电源变换单元11输出功率的大小，并保证其输出稳定；电源变换单元11上的典型温升位置上装有温度探头13，由控制模块2的温度检测单元21监测其温度。
温度检测单元21通过温度传感器13监测电源模块1的温度；存储单元22用于存储数字菜谱，核心控制单元20根据人机交互介面单元26获取的用户命令调取存储单元22中的数字菜谱，将数字菜谱中给定的烹饪功率值和烹饪耗时等烹饪指令发送给控制算法单元24；控制算法单元24根据接收到的烹饪指令和监测到的电源模块1的温度，确定功率控制参数，交给核心控制单元20；核心控制单元20控制各个单元的协调工作；功率调控接口单元23用核心控制单元20收到的功率控制参数来控制电源模块1的输出功率的大小；核心控制单元通过温度检测单元监测电源模块1工作是否正常。
控制算法单元24内设有四个温度控制点：强制风冷温度点T0、第一调控温度点T1、第二温度点T2和平衡温度点T3。
如图2所示，本实施例的变频微波炉自适应功率输出控制方法，包括以下步骤：
步骤s1：微波炉上电后，温度传感器13不断检测电源模块1中的电源变换单元11当前的温度；
步骤s2：控制模块2获取数字菜谱中给定的烹饪功率值和烹饪耗时tT，根据数字菜谱的指令启动电源模块开始烹饪；同时，计时单元25开始计时；
步骤s3：在烹饪耗时tT时间段内，控制模块2以平衡温度点T3为目标值、采用带上限值P上限和下限值P下限的PID算法调控电源变换单元11的输出功率；数字菜谱给定的烹饪功率值为上限值P上限，预设的微波炉的在过温限功率运行时的功率值为下限值P下限。当电源变换单元的输出功率达到上限值P上限或下限值P下限时，控制模块控制该电源变换单元维持输出功率不变。其中，平衡温度点T3小于或等于微波炉的降功率保护点Ts，且Ts- T3≤5℃。
以下给出一种PID公式作为上述步骤s3中PID算法的一个具体例子：
温度传感器对电源变换单元的温度不断采样，启动PID算法后第n次采样时，当前温度值T(n)与目标温度值（即平衡温度点T3）的偏差量ΔT(n)=T3-T(n)时，
依PID算法第n次采样的输出功率修正量为：
ΔP(n)=Kp*(ΔT(n)-ΔT(n-1))+Ki*ΔT(n)+Kd*(ΔT(n)-2ΔT(n-1)+ΔT(n-2))；
其中Kp 、Ki 、Kd 分别为比例、积分、微分的调节系数。
第n次采样后的输出功率P (n)则为
若P下限＜P (n)＜P上限，则P (n)= P(n-1)+ΔP(n) ；
若P(n)≥P上限，则P(n)= P上限；
若P(n)≤P下限，则P(n)= P下限。
优选的，如图2所示，步骤s2进一步包括以下子步骤：
子步骤s21：控制模块2判断电源变换单元11当前的温度是否低于强制散热温度点T0；
子步骤s22：若低于T0，则启动电源模块开始烹饪，并获取数字菜谱中规定的烹饪功率值和烹饪耗时tT；同时，计时单元25开始计时；
子步骤s23：若不低于T0，则控制模块2启动散热装置对电源变换单元11进行散热；再重复执行子步骤s21。图3给出了采用上述功率控制方法的微波炉的在整个烹饪过程中的功率输出效果曲线图。
优选的，如图2所示，步骤s3进一步包括以下子步骤：
子步骤s31：控制模块2判断电源变换单元11当前的温度是否达到第一调控温度点T1；
子步骤s32：若未达到T1，则控制模块2控制电源变换单元11按数字菜谱中给定的烹饪功率值输出功率；运行期间测定实时温度上升速率J，温度上升速率J由下式测得
J=(Ti-Ti-b)/(ti-ti-b)，其中Ti和Ti-b为第i和第i-b次的温度采样值，ti和ti-6为第i和第i-b次温度采样的时刻，i、b为正整数，且b的取值应使（Ti-Ti-b）大于1度；
子步骤s33：若达到T1，则在达到第一调控温度点T1的时刻至计时到达烹饪耗时tT的这一时间段内，控制模块2以平衡温度点T3为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控电源变换单元11的输出功率，上、下限值分别为数字菜谱给定烹饪功率值和预设的微波炉在过温限功率运行时的功率值。其中，45℃≤T0＜T1，5℃≤T3-T1≤20℃。
更优选的，如图2所示，子步骤s33进一步包括以下分步骤：
分步骤s331：若达到第一调控温度点T1，则进入调温控制模式，继续测定实时温度上升速率，同时根据剩余的烹饪时间和平衡温度点T3与当前电源变换单元11温度Tp之差，确定出预测温度上升速率K，预测温度上升速率K由下式测得K=(T3-Tp)/(tT-tp)，其中，Tp为当前采样温度，tp为当前的温度Tp对应的当前计时值；控制模块2判断电源变换单元11当前的温度Tp是否达到第二调控温度点T2；
分步骤s332：若未达到T2，则控制模块2以温度上升速率值aK（即 a*(T3-Tp)/(tT-tp)）为目标值、采用带上、下限值的PID算法调控电源变换单元11的输出功率，将实际温度上升速率J控制维持在目标参数aK，上限值P上限为数字菜谱给定烹饪功率值，下限值P下限为预设的微波炉在过温限功率运行时的功率值；其中，1≤a≤4；
分步骤s333：若达到T2，则在达到第二调控温度点T2的时刻至计时到达烹饪耗时tT的这一时间段内，控制模块2以所述平衡温度点T3为目标值、采用带上、下限值的PID算法调控电源变换单元11的输出功率，使电源变换单元11的温度维持在T3，上、下限值分别为数字菜谱给定烹饪功率值和预设的微波炉在过温限功率运行时的功率值；其中，T3- T2≥5℃。图4给出了采用上述输出功率控制方法的微波炉的在整个烹饪过程中的功率输出效果曲线图。
以下给出一种PID公式作为上述分步骤s332中PID算法的一个具体例子：
温度传感器对电源变换单元的温度不断采样，启动PID算法后第n次采样时，当前温度上升速率J(n)与目标温度上升速率aK的偏差量ΔJ(n)=J(n)-aK，
依PID算法第n次采样的输出功率修正量为：
ΔP(n)= Kp*(ΔJ(n)-ΔJ(n-1))+Ki*ΔJ(n)+Kd*(ΔJ(n)-2ΔJ(n-1)+ΔJ(n-2))；
其中Kp 、Ki 、Kd 分别为比例、积分、微分的调节系数。
第n次采样后的输出功率则为
若P下限＜P (n)＜P上限，则P (n)= P(n-1)+ΔP(n) ；
若P(n)≥P上限，则P(n)= P上限；
若P(n)≤P下限，则P(n)= P下限。
如上所云是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思和内涵的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.微波炉自适应功率输出控制方法，包括以下步骤：
步骤s1：控制模块（2）选定数字菜谱后，温度传感器（13）不断检测电源模块（1）的电源变换单元（11）当前的温度；
步骤s2：所述控制模块（2）获取所述数字菜谱中给定的烹饪功率值和烹饪耗时tT，根据所述数字菜谱的指令启动电源模块（1）开始烹饪，同时，计时单元（25）开始计时；
其特征在于还包括以下步骤：
步骤s3：在所述烹饪耗时tT时间段内，所述控制模块（2）以平衡温度点T3为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控所述电源变换单元（11）的输出功率；所述上限值为所述数字菜谱给定的烹饪功率值、所述下限值为预设的所述微波炉在过温限功率运行时的功率值。
2.根据权利要求1所述的功率输出控制方法，其特征在于：所述平衡温度点T3小于或等于所述电源模块（1）的降功率保护点Ts，且Ts -T3≤5℃。
3.根据权利要求1所述的功率输出控制方法，其特征在于步骤s2进一步包括以下子步骤：
子步骤s21：所述控制模块（2）判断所述电源变换单元（11）当前的温度是否低于强制散热温度点T0；
子步骤s22：若低于，则启动所述电源模块（1）开始烹饪，并获取所述数字菜谱中给定的烹饪功率值和烹饪耗时tT；同时，所述计时单元（25）开始计时；
子步骤s23：若不低于，则所述控制模块（2）启动散热装置对所述电源变换单元（11）进行散热；再重复执行子步骤s21。
4.根据权利要求3所述的功率输出控制方法，其特征在于步骤s3进一步包括以下子步骤：
子步骤s31：所述控制模块（2）判断所述电源变换单元（11）当前的温度是否达到第一调控温度点T1；
子步骤s32：若未达到，则所述控制模块（2）控制所述电源变换单元（11）以所述数字菜谱中给定的烹饪功率值输出功率；
子步骤s33：若达到，则在达到所述第一调控温度点T1的时刻至计时到达烹饪耗时tT的这一时间段内，所述控制模块（2）以所述平衡温度点T3为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控所述电源变换单元（11）的输出功率；所述上限值为所述数字菜谱给定的烹饪功率值、所述下限值为预设的所述微波炉在过温限功率运行时的功率值。
5.根据权利要求4所述的功率输出控制方法，其特征在于：45℃≤T0＜T1。
6.根据权利要求1所述的功率输出控制方法，其特征在于步骤s3进一步包括以下子步骤：
子步骤s31：所述控制模块（2）判断所述电源变换单元（11）当前的温度是否达到第一调控温度点T1；
子步骤s32：若未达到，则所述控制模块（2）控制所述电源变换单元（11）以所述数字菜谱中给定的烹饪功率值输出功率；
子步骤s33：若达到，则在达到所述第一调控温度点T1的时刻至计时到达烹饪耗时tT的这一时间段内，所述控制模块（2）以所述平衡温度点T3为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控所述电源变换单元（11）的输出功率；所述上限值为所述数字菜谱给定的烹饪功率值、所述下限值为预设的所述微波炉在过温限功率运行时的功率值。
7.根据权利要求6所述的功率输出控制方法，其特征在于：5℃≤T3-T1≤20℃。
8.根据权利要求6所述的功率输出控制方法，其特征在于子步骤s33进一步包括以下分步骤：
分步骤s331：若达到所述第一调控温度点T1，所述控制模块（2）判断所述电源变换单元（11）当前的温度Tp是否达到第二调控温度点T2；
分步骤s332：若未达到T2，则所述控制模块（2）以温度上升速率值a*(T3-Tp)/(tT-tp)为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控所述电源变换单元（11）的输出功率；所述上限值为所述数字菜谱给定的烹饪功率值、所述下限值为预设的所述微波炉在过温限功率运行时的功率值；其中，Tp为当前采样温度，tp为当前采样温度Tp对应的当前计时值，1≤a≤4；
分步骤s333：若达到T2，则在达到所述第二调控温度点T2的时刻至计时到达所述烹饪耗时tT的这一时间段内，所述控制模块（2）以所述平衡温度点T3为目标值、采用带上限值和下限值的PID算法调控所述电源变换单元（11）的输出功率；所述上限值为所述数字菜谱给定的烹饪功率值、所述下限值为预设的所述微波炉在过温限功率运行时的功率值。
9.根据权利要求8所述的功率输出控制方法，其特征在于：T3- T2≥5℃。
10.使用权利要求1-9中任一项所述功率输出控制方法的微波炉。
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