CN109838921B - 一种燃气热水器的恒温控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气热水器的恒温控制方法，属于燃气热水器领域，该方法为：用户设定目标温度，测量进水温度，燃气比例阀以额定开度输入燃气加热；测量出水温度和水流量对热值增量采样积分求平均值；计算温度积分值及实际温度；实际温度大于目标温度时，比例阀降低开度；测定温度最高点,求取最高点后下降一度的水流量及热量减值；计算加热平衡状态的比例阀开度并用其进行加热；根据偏差值对比例阀开度进行调节。本发明通过利用等效能量转换原理，通过采集出水温度、水流量和控制燃气比例阀开度，使得出水温度接近目标温度，解决了燃气热水器受水压、气压及各个元器件差异，使用时出现出水温度不恒定的问题。
Description
【技术领域】
本发明涉及燃气热水器领域，具体涉及一种燃气热水器的恒温控制方法。
【背景技术】
热水器是人们日常生活中常用的家用电器，包括电热水器、燃气热水器和太阳能热水器等不同品种，其中燃气热水器因其能够实现即用即热、加热速度快和可连续使用等优点而得到广泛应用。但是现有燃气热水器受水压、气压及各个元器件差异，使用过程中经常会出现出水温度不能恒定而导致水温忽高忽低的问题，无法做到恒定适合的出水温度，洗浴舒适度降低且安全性能不稳定。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明提供了一种燃气热水器的恒温控制方法，能够实现燃气热水器出水温度恒定，提高舒适度及安全性。
一种燃气热水器的恒温控制方法，其特征在于，该方法为：燃气热水器的燃气比例阀以额定最大开度输出燃气进行燃烧加热时，根据至少连续两次采样周期的出水温度T出水的温差值和水流量Q流量确定热量增值的平均值E6；根据所述热量增值的平均值E6确定最近至少两次连续采样周期的实际温度T实际；当所述实际温度T实际≥目标温度T目标时，所述比例阀以额定最小开度进行加热，直到温度上升到最高点；根据温度下降一度的水流量确定下降一度的热量减值E20；根据所述热量增值的平均值E6和热量减值E20确定比例阀开度k的每个采样周期的输出能量偏差；最后根据所述偏差值对比例阀开度进行调节。
所述燃气热水器的燃气比例阀以额定最大开度输出燃气进行燃烧加热，具体为：进水温度不高于目标温度5摄氏度，即T进水-T目标≤5℃时，采用额定最大开度输出燃气。
所述根据至少连续两次采样周期的出水温度T出水的温差值和水流量Q流量确定热量增值的平均值E6，具体为：至少每2秒测量一次出水温度T出水和水流量Q流量；热量增值计算公式为：E＝Q流量*(T出水-T出水(前一次))；热量增值的平均值E6的计算范围包括至少3次连续的热量增值。
所述根据所述热量增值的平均值E6确定最近至少两次连续采样周期的实际温度T实际，具体为：温度传感器延时常数至少3秒；由至少3个采样周期的E6和每次采样流量计算温度积分值T15；实际温度T实际等于采样温度T采样加上温度积分值T15，即T实际＝T采样+T15。
该方法还包括：当所述实际温度T实际≥目标温度T目标时，所述比例阀以额定最小开度进行加热，直到温度上升到最高点；当温度上升到最高点后，燃气比例阀关闭，停止输气。
所述根据温度下降一度的水流量确定下降一度的热量减值E20，具体为：下降一度的热量减值E20＝Q采样*1℃。
所述根据所述热量增值的平均值E6和热量减值E20确定比例阀开度k的每个采样周期的输出能量偏差，具体为：设定最大开度燃烧热量为E，最小开度燃烧热量为0.2E。则有下面两式：
E*100％-E散热＝E6
E*20％-E散热＝-E20
由上两式相减可得：E＝(E6+E20)/0.8，由第一式可知，E散热＝E-E6；单位水流状态下，加热平衡状态的比例阀开度k＝E散热/E。
每个采样周期进行控制输出能量偏差计算：
Err＝T出水*Q-T目标*Q；
对此偏差值进行PID运算:
Ep＝Err当前，Ei＝Err当前-Err前一次，Ed＝所有Ei累积值，
Epid＝Kp*Ep+Ki*Ei+Kd*Ed。
该方法还包括：输出能量偏差计算使用温度控制通用型PID系数Kp＝0.8、Ki＝0.2、Kd＝0.1。
所述根据所述偏差值对比例阀开度进行调节，具体为：所述Epid＞0时,当前状态处于超调，下一个采样周期的比例阀开度k＝k-Epid/E；所述Epid＜0时,比例阀开度k＝k+Epid/E；所述k值设有最大值和最小值。
该方法还包括：当在该控制流程中出现连续2-5s无水流，此控制流程全部清零，进入无水流控制方案。
所述此控制流程全部清零，进入无水流控制方案，具体为：当目标温度比出水温度高五摄氏度时，即T目标-T出水>5℃，燃气比例阀以最小开度输出燃气对水流进行加热；当目标温度不高于出水温度2摄氏度时，即T目标-T出水<2℃，则燃气比例阀关闭，停止加热。
本发明的有益效果是：利用等效能量转换原理，通过采集出水温度，流量和控制燃气比例阀的开度，使得出水温度接近目标温度。考虑温度传感器的延时常数及自适应不同硬件结构差异，使用模糊PID控制方法来控制与目标温度的偏差值，使偏差趋近于0，使出水温度达到稳定值，提供恒温的洗澡水给用户。
【附图说明】
图1为一种燃气热水器的恒温控制方法的流程图。
【具体实施方式】
为了进一步说明本发明的上述目的、技术方案和效果，以下通过实施例结合附图及有关公知的技术知识来说明本发明：
图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的一种燃气热水器的恒温控制方法。
实施例一：
该种燃气热水器的恒温控制方法，该方法为：
用户设定目标温度T目标，打开进水开关开始向燃气热水器进水，位于进水管的温度感应器对进水温度T进水进行测定，当进水温度不高于目标温度5摄氏度时，即T进水-T目标≤5℃，燃气比例阀以最大开度对水流进行加热；当T进水-T目标＞5℃，则停止加热。系统设定每隔5秒钟为一个采样周期对温度进行测定，对热值增量采样：E＝Q流量*(T出水-T出水(前一次))。采样后对该热值增量进行积分，以最近6次测量得出的热量增值为计算范围，计算其热值增量平均值E6。
该方法具体为：根据系统的温度感应器延时常数为15秒，以三个采样周期中的E6/Q流量计算其温度积分值T15，实际温度T实际等于采样温度T采样加上温度积分值T15，即T实际＝T采样+T15。
该方法具体为：对实际温度T实际和目标温度T目标进行比较，当T实际≥T目标时，燃气比例阀以其最小开度加热水流，直至水流温度上升到最高点Tmax；温度上升到最高点后，比例阀停止以最小开度进行加热；在温度下降过程中记录由Tmax-2下降到Tmax-3的水流量，并求取下降这一度的热量减值E20。
由上述步骤得知热值增量平均值E6和温度升至最高点后下降一度的热量减值E20，可据此计算加热平衡状态的燃气比例阀开度k，计算过程如下：
设定最大开度燃烧热量为E，最小开度燃烧热量为0.2E，则有下面两式：
E*100％-E散热＝E6，
E*20％-E散热＝-E20，
由上两式相减可得：E＝(E6+E20)/0.8；由第一式可知，E散热＝E-E6；所以单位水流状态下，加热平衡状态的比例阀开度k＝E散热/E。
该方法还包括，计算加热平衡状态的比例阀开度k的子步骤：
G1、每个采样周期进行控制输出能量偏差计算：
Err＝T出水*Q-T目标*Q；
G2、此偏差值进行PID运算:
Ep＝Err当前，Ei＝Err当前-Err前一次，Ed＝所有Ei累积值，
Epid＝Kp*Ep+Ki*Ei+Kd*Ed；
步骤G2中使用温度控制通用型PID系数Kp＝0.8、Ki＝0.2、Kd＝0.1。
通过对进行PID运算所得偏差值Epid的实时监控，不断修改燃气比例阀的开度k；
所述Epid＞0时,当前状态处于超调，下一个采样周期的比例阀开度k＝k-Epid/E；所述Epid＜0时,比例阀开度k＝k+Epid/E；所述k值有最大值和最小值设置。
该方法还包括，在控制流程中出现连接3s无水流，此控制流程全部清零，进入无水流控制方案。
上述方案中，无水流控制方案为当T目标-T出水>5℃时，燃气比例阀以最小开度对水流进行加热；当T目标-T出水<2℃时，停止加热。
实施例二：
该种燃气热水器的恒温控制方法，该方法为：
用户设定目标温度T目标，打开进水开关开始向燃气热水器进水，位于进水管的温度感应器对进水温度T进水进行测定，当进水温度不高于目标温度5摄氏度时，即T进水-T目标≤5℃，燃气比例阀以最大开度对水流进行加热；当T进水-T目标＞5℃，则停止加热。系统设定每隔2秒钟为一个采样周期对温度进行测定，对热值增量采样：E＝Q流量*(T出水-T出水(前一次))。采样后对该热值增量进行积分，以最近4次测量得出的热量增值为计算范围，计算其热值增量平均值E4。
该方法具体为：根据系统的温度感应器延时常数为6秒，以三个采样周期中的E4/Q流量计算其温度积分值T6，实际温度T实际等于采样温度T采样加上温度积分值T6，即T实际＝T采样+T6。
该方法具体为：对实际温度T实际和目标温度T目标进行比较，当T实际≥T目标时，燃气比例阀以其最小开度加热水流，直至水流温度上升到最高点Tmax；温度上升到最高点后，比例阀停止以最小开度进行加热；在温度下降过程中记录由Tmax-2下降到Tmax-3的水流量，并求取下降这一度的热量减值E20。
由上述步骤得知热值增量平均值E4和温度升至最高点后下降一度的热量减值E20，可据此计算加热平衡状态的燃气比例阀开度k，计算过程如下：
设定最大开度燃烧热量为E，最小开度燃烧热量为0.2E，则有下面两式：
E*100％-E散热＝E4，
E*20％-E散热＝-E20，
由上两式相减可得：E＝(E4+E20)/0.8；由第一式可知，E散热＝E-E4；所以单位水流状态下，加热平衡状态的比例阀开度k＝E散热/E。
该方法还包括，计算加热平衡状态的比例阀开度k的子步骤：
G1、每个采样周期进行控制输出能量偏差计算：Err＝T出水*Q-T目标*Q；
G2、此偏差值进行PID运算:
Ep＝Err当前，Ei＝Err当前-Err前一次，Ed＝所有Ei累积值，
Epid＝Kp*Ep+Ki*Ei+Kd*Ed；
步骤G2中使用温度控制通用型PID系数Kp＝0.8、Ki＝0.2、Kd＝0.1。
通过对进行PID运算所得偏差值Epid的实时监控，不断修改燃气比例阀的开度k；
所述Epid＞0时,当前状态处于超调，下一个采样周期的比例阀开度k＝k-Epid/E；所述Epid＜0时,比例阀开度k＝k+Epid/E；所述k值有最大值和最小值设置。
该方法还包括，在控制流程中出现连接2s无水流，此控制流程全部清零，进入无水流控制方案。
上述方案中，无水流控制方案为当T目标-T出水>5℃时，燃气比例阀以最小开度对水流进行加热；当T目标-T出水<2℃时，停止加热。
实施例三：
该种燃气热水器的恒温控制方法，该方法为：
用户设定目标温度T目标，打开进水开关开始向燃气热水器进水，位于进水管的温度感应器对进水温度T进水进行测定，当进水温度不高于目标温度5摄氏度时，即T进水-T目标≤5℃，燃气比例阀以最大开度对水流进行加热；当T进水-T目标＞5℃，则停止加热。系统设定每隔8秒钟为一个采样周期对温度进行测定，对热值增量采样：E＝Q流量*(T出水-T出水(前一次))。采样后对该热值增量进行积分，以最近8次测量得出的热量增值为计算范围，计算其热值增量平均值E8。
该方法具体为：根据系统的温度感应器延时常数为24秒，以三个采样周期中的E8/Q流量计算其温度积分值T24，实际温度T实际等于采样温度T采样加上温度积分值T24，即T实际＝T采样+T24。
该方法具体为：对实际温度T实际和目标温度T目标进行比较，当T实际≥T目标时，燃气比例阀以其最小开度加热水流，直至水流温度上升到最高点Tmax；温度上升到最高点后，比例阀停止以最小开度进行加热；在温度下降过程中记录由Tmax-2下降到Tmax-3的水流量，并求取下降这一度的热量减值E20。
由上述步骤得知热值增量平均值E8和温度升至最高点后下降一度的热量减值E20，可据此计算加热平衡状态的燃气比例阀开度k，计算过程如下：
设定最大开度燃烧热量为E，最小开度燃烧热量为0.2E，则有下面两式：
E*100％-E散热＝E8，
E*20％-E散热＝-E20，
由上两式相减可得：E＝(E8+E20)/0.8；由第一式可知，E散热＝E-E8；所以单位水流状态下，加热平衡状态的比例阀开度k＝E散热/E。
该方法还包括，计算加热平衡状态的比例阀开度k的子步骤：
G1、每个采样周期进行控制输出能量偏差计算：Err＝T出水*Q-T目标*Q；
G2、此偏差值进行PID运算:
Ep＝Err当前，Ei＝Err当前-Err前一次，Ed＝所有Ei累积值，
Epid＝Kp*Ep+Ki*Ei+Kd*Ed；
步骤G2中使用温度控制通用型PID系数Kp＝0.8、Ki＝0.2、Kd＝0.1。
通过对进行PID运算所得偏差值Epid的实时监控，不断修改燃气比例阀的开度k；
所述Epid＞0时,当前状态处于超调，下一个采样周期的比例阀开度k＝k-Epid/E；所述Epid＜0时,比例阀开度k＝k+Epid/E；所述k值有最大值和最小值设置。
该方法还包括，在控制流程中出现连接5s无水流，此控制流程全部清零，进入无水流控制方案。
上述方案中，无水流控制方案为当T目标-T出水>5℃时，燃气比例阀以最小开度对水流进行加热；当T目标-T出水<2℃时，停止加热。
以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (10)
1.一种燃气热水器的恒温控制方法，其特征在于，该方法为：燃气热水器的燃气比例阀以额定最大开度输出燃气进行燃烧加热时，根据至少连续两次采样周期的出水温度T出水的温差值和水流量Q流量确定热量增值的平均值E6；根据所述热量增值的平均值E6确定最近至少两次连续采样周期的实际温度T实际；当所述实际温度T实际≥目标温度T目标时，所述比例阀以额定最小开度进行加热，直到温度上升到最高点；根据温度下降一度的水流量确定下降一度的热量减值E20；根据所述热量增值的平均值E6和热量减值E20确定比例阀开度k的每个采样周期的输出能量偏差；最后根据所述偏差值对比例阀开度进行调节。
2.根据权利要求1所述的一种燃气热水器恒温控制方法，其特征在于：所述根据至少连续两次采样周期的出水温度T出水的温差值和水流量Q流量确定热量增值的平均值E6，具体为：至少每2秒测量一次出水温度T出水和水流量Q流量；热量增值计算公式为：E=Q流量*（T出水-T出水（前一次））；热量增值的平均值E6的计算范围包括至少3次连续的热量增值。
3.根据权利要求2所述的一种燃气热水器恒温控制方法，其特征在于：所述根据所述热量增值的平均值E6确定最近至少两次连续采样周期的实际温度T实际，具体为：温度传感器延时常数至少3秒；由至少3个采样周期的E6和每次采样流量计算温度积分值T15；实际温度T实际等于采样温度T采样加上温度积分值T15，即T实际=T采样+T15。
4.根据权利要求3所述的一种燃气热水器恒温控制方法，其特征在于：该方法还包括：当所述实际温度T实际≥目标温度T目标时，所述比例阀以额定最小开度进行加热，直到温度上升到最高点；当温度上升到最高点后，计算下降一度的热量减值，比例阀仍以最小开度进行加热。
5.根据权利要求4所述的一种燃气热水器恒温控制方法，其特征在于：所述根据温度下降一度的水流量确定下降一度的热量减值E20，具体为：下降一度的热量减值E20=Q采样*1℃2。
6.根据权利要求5所述的一种燃气热水器恒温控制方法，其特征在于：所述根据所述热量增值的平均值E6和热量减值E20确定比例阀开度k的每个采样周期的输出能量偏差，具体为：设定最大开度燃烧热量为E，最小开度燃烧热量为0.2E；则有下面两式：
E*100%-E散热=E6
E*20%-E散热=-E20
由上两式相减可得：E=（E6+E20）/0.8，由E*100%-E散热=E6
可知，E散热=E-E6；单位水流状态下，加热平衡状态的比例阀开度k=E散热/E；
每个采样周期进行控制输出能量偏差计算：
Err=T出水*Q-T目标*Q；
对此偏差值进行PID运算:
Ep=Err当前，Ei= Err当前-Err前一次，Ed=所有Ei累积值，
Epid=Kp*Ep+Ki*Ei+Kd*Ed。
7.根据权利要求6所述的一种燃气热水器恒温控制方法，其特征在于：该方法还包括：输出能量偏差计算使用温度控制通用型PID系数Kp=0.8、Ki=0.2、Kd=0.1。
8.根据权利要求6或7所述的一种燃气热水器恒温控制方法，其特征在于：所述根据所述偏差值对比例阀开度进行调节，具体为：所述Epid＞0时,当前状态处于超调，下一个采样周期的比例阀开度k=k-Epid/E；所述Epid＜0时,比例阀开度k=k+Epid/E；所述k值设有最大值和最小值。
9.根据权利要求8所述的一种燃气热水器恒温控制方法，其特征在于：该方法还包括：当在该控制流程中出现连续2-5s无水流，此控制流程全部清零，进入无水流控制方案。
10.根据权利要求9所述的一种燃气热水器恒温控制方法，其特征在于：所述此控制流程全部清零，进入无水流控制方案，具体为：当目标温度比出水温度高五摄氏度时，即T目标-T出水>5℃，燃气比例阀以最小开度输出燃气对水流进行加热；当目标温度不高于出水温度2摄氏度时，即T目标-T出水<2℃，则燃气比例阀关闭，停止加热。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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