CN103196236B - 基于预测控制的即热式加热体控制方法 - Google Patents

基于预测控制的即热式加热体控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于预测控制的即热式加热体控制方法，包括进行集中控制的单片机，安装在所述的即热式加热体的出水口并与所述的单片机相连的温度传感器，所述的单片机控制与所述的即热式加热体连接的电子开关器件来进行加热，所述的即热式加热体的加热功率为P，P=PWM*V2/R，其中，PWM是所述的电子开关器件的占空比，V为供电电压，R为所述的即热式加热体的内阻，所述的单片机每隔固定时间T通过检测所述的温度传感器获得所述的即热式加热体的出水温度t1(k)，而前次测量的出水温度为t1(k-1)，设定出水温度的控制目标为T0，出水温度与控制目标之间的当前误差为e(k)=T0 -t1(k)，前次误差为e(k-1)=T0 -t1(k-1)，因此控制输出PWM=100%-A/e(k)+B *[e(k)-e(k-1)]，所述的系数A和B为经验系数。

Description

基于预测控制的即热式加热体控制方法
技术领域
本发明涉及大功率即热式加热体的预测控制方法。
背景技术
为了方便人们生活上的便利，即热式加热体已经广泛应用在我们的生活中，比如磨豆咖啡机，即热式饮水设备，即热式热水器等。这些加热体都是采用大功率的即热式加热体，可以将冷水迅速加热到热水。为了进行准确的温度控制，需要配置进行水温检测的温度传感器。除了温度传感器本身具有热惯性的特性以外，由于温度传感器不能与水直接接触，中间必须要有卫生合格材料进行隔离，这就更加降低了测量数据的时效性。一方面由于加热功率很大，水温变化速度快，一方面检测数据具有很大的延迟特性，这就造成了即热式加热体控制的巨大难度。
发明内容
本发明的目的是为了解决即热式加热体出水温度的控制问题，利用出水温度的测量数值，预测温度的变化趋势，从而准确控制出水温度。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
基于预测控制的即热式加热体控制方法，包括进行集中控制的单片机，安装在所述的即热式加热体的出水口并与所述的单片机相连的温度传感器，所述的单片机控制与所述的即热式加热体连接的电子开关器件来进行加热，所述的即热式加热体的加热功率为P，P=PWM*V2/R，其中，PWM是所述的电子开关器件的占空比，V为供电电压，R为所述的即热式加热体的内阻，所述的单片机每隔固定时间T通过检测所述的温度传感器获得所述的即热式加热体的出水温度t1(k)，而前次测量的出水温度为t1(k-1)，设定出水温度的控制目标为T0，因此出水温度与控制目标之间的当前误差为e(k)= T0 - t1(k)，前次误差为e(k-1)= T0 - t1(k-1)，因此控制输出PWM=100% - A / e(k) + B * [e(k) - e(k-1)]，所述的系数A和B为经验系数。
为了减少加热的时间，当e(k) >10℃时，取A = 0；当e(k) = 0℃时，不经过计算直接取PWM = 0%。
经过计算，当PWM > 100%时，取PWM = 100%；当PWM < 0%时，取PWM = 0%。
本发明的有益效果主要表现在：1、系统配置简单，硬件成本低；2、采用预测控制原理，控制响应快，稳定性好，出水温度不会大幅波动。
附图说明
图1是即热式加热体的加热框图；
图2是即热式加热体的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1-2，基于预测控制的即热式加热体控制方法，包括进行集中控制的单片机，安装在所述的即热式加热体2的出水口并与所述的单片机相连的温度传感器，所述的温度传感器用于测量所述的即热式加热体的出水温度，所述的单片机控制与所述的即热式加热体2连接的电子开关器件来进行加热。
储水容器1中的水向下经过所述的即热式加热体2，被迅速加热到设定温度。所述的即热式加热体2的加热功率为P，P=PWM*V2/R，其中，PWM是所述的电子开关器件的占空比，V为供电电压，R为所述的即热式加热体2的内阻。
所述的单片机每隔固定时间T检测所述的即热式加热体2的出水温度t1(k)，而前次测量的出水温度为t1(k-1)，设定出水温度的控制目标为T0，因此出水温度与控制目标之间的当前误差为
e(k)= T0 - t1(k)，
前次误差为
e(k-1)= T0 - t 1(k-1)。
为了尽快消除误差，实现出水温度迅速达到控制目标T0，因此，控制输出
PWM=100% - A / e(k) + B * [e(k) - e(k-1)]，
其中，所述的系数A和B为经验系数。
将e(k)= T0 - t 1(k)和e(k-1)= T0 - t 1(k-1)带入，得到
PWM=100% - A / e(k) - B * [t 1(k)- t 1(k-1)]。
从上式中可以看到，右边的第一项是为了加快加热速度，直接进行最大功率输出；第二项是为了在温度接近控制目标之前，将加热功率降低下来，防止出水温度超过控制目标太大；第三项是为了在温度变化过快的时候，将加热功率降下来，也可以防止出水温度超过控制目标太大。
同时，为了减少加热的时间，当e(k) >10℃时，取A = 0，这样可以在出水温度没有接近控制目标的时候，可以以更大功率进行加热；当e(k) = 0℃时，因为计算公式中，右边第二项的分母中存在e(k)，为了避免计算错误，设计不经过计算直接取PWM = 0%。
经过计算，当PWM > 100%时，取PWM = 100%；当PWM < 0%时，取PWM = 0%。
综上所述，该发明根据即热式加热体和温度传感器的特点，采用预测控制的思想，预测水温的变化区域，及时调整加热功率，准确控制出水温度，具有很好的应用前景。

Claims (2)

1.基于预测控制的即热式加热体控制方法，包括进行集中控制的单片机，安装在所述的即热式加热体的出水口并与所述的单片机相连的温度传感器，所述的单片机控制与所述的即热式加热体连接的电子开关器件来进行加热，所述的即热式加热体的加热功率为P，P=PWM*V2/R，其中，PWM是所述的电子开关器件的占空比，V为供电电压，R为所述的即热式加热体的内阻，其特征在于：所述的单片机每隔固定时间T通过检测所述的温度传感器获得所述的即热式加热体的出水温度t1(k)，而前次测量的出水温度为t1(k-1)，设定出水温度的控制目标为T0，因此出水温度与控制目标之间的当前误差为e(k)= T0 - t1(k)，前次误差为e(k-1)= T0 - t1(k-1)，因此控制输出PWM=100% - A / e(k) + B * [e(k) - e(k-1)]，所述的系数A和B为经验系数，为了减少加热的时间，当e(k) >10℃时，取A = 0；当e(k) = 0℃时，不经过计算直接取PWM = 0%。
2.如权利要求1所述的基于预测控制的即热式加热体控制方法，其特征在于：经过计算，当PWM > 100%时，取PWM = 100%；当PWM < 0%时，取PWM = 0%。
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