CN111405698B - 基于双闭环比值控制的电磁加热电路及其控制方法和用途 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新型卷烟烟具领域，特别涉及一种基于双闭环比值控制的电磁加热电路及其控制方法和用途。一种基于双闭环比值控制的电磁加热电路，其特征在于，所述电磁加热电路包括铁磁性加热器（11）、第一调节回路、第二调节回路、与第一调节回路和第二调节回路连接的比值器（9）、与第一调节回路和第二调节回路连接的微控制器（10）；本发明的电磁加热电路的控制方法，将加热器分成上下两段，对应烟支的上下两段。首先使用较高的温度烘烤烟支上半段并用一定的温度预热烟支下半段，然后用高温烘烤下半段，然后用一定温度保温烟支上半段。本发明的控制方法保证了温度恒定，提升了烟雾量和口感，提升了温度控制的精度及准确性并保证了在抽吸过程中温度的一致性。
Description
技术领域
本发明属于新型卷烟烟具领域，特别涉及一种基于双闭环比值控制的电磁加热电路及其控制方法和用途。
背景技术
随着科学技术的发展、人民群众的健康意识逐渐增强及市场竞争的加剧，烟草行业面临更加严峻的形势。一种新兴的电子产品迅速的受到广大用户的欢迎，加热不燃烧卷烟，顾名思义，是一种电加热不燃烧卷烟装置，通过外部热源为卷烟提供热量而非直接通过明火点燃，相对于传统卷烟，主流烟气中有害成分释放量大大减少。
目前，大型加热设备的温度控制技术已经相当成熟，可以实现精确控制加热温度在恒定范围的目的。加热不燃烧卷烟装置属于微型加热器，且加热不燃烧烟具是微型加热器具有结构精密，各零件之间影响因素较多的特点，对温度的控制精度要求较高，故一直存在控制精度及准确性差的问题。
发明内容
为了解决上述问题，提出本发明。
本发明第一方面提供一种基于双闭环比值控制的电磁加热电路，所述电磁加热电路包括铁磁性加热器11、第一调节回路、第二调节回路、与第一调节回路和第二调节回路连接的比值器9、与第一调节回路和第二调节回路连接的微控制器10；
所述第一调节回路包括调节器Ⅰ1，驱动电路Ⅰ2，线圈Ⅰ3，测量变送器Ⅰ4，
所述第二调节回路包括调节器Ⅱ5、驱动电路Ⅱ6、线圈Ⅱ7、测量变送器Ⅱ8；
所述线圈Ⅰ3和所述线圈Ⅱ7分别围绕在所述铁磁性加热器11的第一段和第二段；
其中，所述调节器Ⅰ1用于计算测量变送值与给定值的误差并输出控制量，用于控制电源模块的输出功率，从而控制所述铁磁性加热器11第一段的表面温度；
所述驱动电路Ⅰ2用于驱动所述电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述线圈Ⅰ3中；
所述线圈Ⅰ3用于承载所述电源模块输出的高频率的交变电压或电流，产生快速变化的磁场，使所述铁磁性加热器11第一段的内部产生涡流，实现所述铁磁性加热器11第一段自发热的目的；
所述测量变送器Ⅰ4是由温度传感器及模数转换器组成，用于实时检测所述铁磁性加热器11第一段的表面温度，并将所述铁磁性加热器11第一段的表面温度的模拟信号转换成数字信号，并将所述数字信号传输给所述调节器Ⅰ1；
所述调节器Ⅱ5用于计算测量变送值与给定值的误差并输出控制量，用于控制电源模块的输出功率，从而控制所述铁磁性加热器11第二段的表面温度；
所述驱动电路Ⅱ6用于驱动所述电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述线圈Ⅱ7中；
所述线圈Ⅱ7用于承载所述电源模块输出的高频率的交变电压或电流，产生快速变化的磁场，使所述铁磁性加热器11第二段的内部产生涡流，实现所述铁磁性加热器11第二段自发热的目的；
所述测量变送器Ⅱ8是由温度传感器及模数转换器组成，用于实时检测所述铁磁性加热器11第二段的表面温度，并将所述铁磁性加热器11第二段的表面温度的模拟信号转换成数字信号，并将所述数字信号传输给所述调节器Ⅱ5；
比值器9用于根据主控制回路的给定值按照设置的比值计算副控制回路的给定值，以控制副控制回路以一定的比值控制所述铁磁性加热器11工作，其中所述主控制回路和副控制回路分别为所述第一调节回路和第二调节回路，或所述主控制回路和副控制回路分别为所述第二调节回路和第一调节回路；
微控制器10用于控制以下操作：
当所述主控制回路和副控制回路分别为所述第一调节回路和第二调节回路时，所述微控制器10判断当前加热时间是否大于设定时间，若加热时间不大于所述设定时间，继续以所述第一调节回路为所述主控制回路，第二调节回路为所述副控制回路；若加热时间大于所述设定时间，则所述第一调节回路为副控制回路，第二调节回路为主控制回路，此时所述比值器9的比值可调节；
当所述主控制回路和副控制回路分别为所述第二调节回路和第一调节回路时，所述微控制器10判断当前加热时间是否达到设定时间，若加热时间不大于设定时间，继续以所述第二调节回路为主控制回路，所述第一调节回路为副控制回路；若加热时间大于所述设定时间，所述第二调节回路和第一调节回路均停止工作。
优选地，所述比值器9的比值控制为0.6-0.9。
优选地，所述设定时间为50~70s。
优选地，所述给定值为温度。
本发明第二方面提供第一方面所述的电磁加热电路的控制方法，包括以下步骤：
步骤A：启动所述电磁加热电路，初始化调节器Ⅰ1、调节器Ⅱ5、驱动电路Ⅰ2、驱动电路Ⅱ6、线圈Ⅰ3、线圈Ⅱ7、测量变送器Ⅰ4、测量变送器Ⅱ8，此时所述主控制回路和副控制回路分别为所述第一调节回路和第二调节回路；
步骤B：所述电磁加热电路开始工作，将给定值输送到所述调节器Ⅰ1，所述调节器Ⅰ1计算测量变送值与给定值的误差并输出控制量，用于控制电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述驱动电路Ⅰ2，；
所述驱动电路Ⅰ2驱动所述电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述线圈Ⅰ3中；
所述线圈Ⅰ3承载所述电源模块输出的交流电，产生快速变化的磁场，使所述铁磁性加热器11第一段内部产生涡流，实现所述铁磁性加热器11第一段自发热的目的；
所述测量变送器Ⅰ4由温度传感器及模数转换器组成，用于实时检测所述铁磁性加热器11第一段的表面温度，并将所述铁磁性加热器11第一段的表面温度的模拟信号转换成数字信号，传输给所述调节器Ⅰ1；
比值器9根据主控制回路的给定值按照设置的比值计算副控制回路的给定值，以控制副控制回路以一定的比值控制所述铁磁性加热器11第二段工作；
步骤C：所述微控制器10判断当前加热时间是否大于设定时间，若加热时间不大于所述设定时间，继续以所述第一调节回路为所述主控制回路，第二调节回路为所述副控制回路；若加热时间大于所述设定时间，则所述第一调节回路为副控制回路，第二调节回路为主控制回路，再次初始化调节器Ⅰ1、调节器Ⅱ5、驱动电路Ⅰ2、驱动电路Ⅱ6、线圈Ⅰ3、线圈Ⅱ7、测量变送器Ⅰ4、测量变送器Ⅱ8；
步骤D：此时所述主控制回路和副控制回路分别为所述第二调节回路和第一调节回路，将给定值输送到调节器Ⅱ5，所述调节器Ⅱ5计算测量变送值与给定值的误差并输出控制量，用于控制电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述驱动电路Ⅱ6；
所述驱动电路Ⅱ6驱动所述电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述线圈Ⅱ7中；
所述线圈Ⅱ7承载所述电源模块输出的交流电，产生快速变化的磁场，使所述铁磁性加热器11第二段内部产生涡流，实现所述铁磁性加热器11第二段自发热的目的；
所述测量变送器Ⅱ8由温度传感器及模数转换器组成，用于实时检测所述铁磁性加热器11第二段的表面温度，并将所述铁磁性加热器11第二段的表面温度的模拟信号转换成数字信号，传输给所述调节器Ⅱ5；
比值器9根据主控制回路的给定值按照设置的比值计算副控制回路的给定值，以控制副控制回路以一定的比值控制所述铁磁性加热器11第一段工作；
步骤E：所述微控制器10判断当前加热时间是否达到设定时间，若加热时间不大于设定时间，继续以所述第二调节回路为主控制回路，所述第一调节回路为副控制回路；若加热时间大于所述设定时间，所述第二调节回路和第一调节回路均则停止工作。
优选地，所述比值器9的比值控制为0.7-0.9。
优选地，所述设定时间为50~70s。
优选地，所述给定值为温度。
优选地，所述给定值为300℃-350℃。
本发明第三方面提供第一方面所述的电磁加热电路用于控制铁磁性加热器11精度和准确性并保证在抽吸过程中铁磁性加热器11温度一致性的用途。
上述技术方案在不矛盾的前提下，可自由组合。
本发明具有以下有益效果：
目前加热不燃烧卷烟装置的常规控温方法是对加热器整体进行升温或降温，加热元件温度场分布不均匀，部分区域长期处于高温烘烤，部分区域存在烘烤不充足的现象，导致最后几口抽吸有烧糊味。
本发明的电磁加热电路的控制方法，将加热器分成上下两段，对应烟支的上下两段，将发热元件分段式进行了温度控制。首先使用较高的温度烘烤烟支上半段并用一定的温度预热烟支下半段，然后用高温烘烤下半段，然后用一定温度保温烟支上半段，采用高温烘烤与预热模式交替工作的方式，有效的解决了加热元件温度场分布不均匀和最后几口抽吸存在烧糊味的问题，提升了烟雾量和口感，提升了温度控制的精度及准确性并保证了在抽吸过程中温度的一致性。
附图说明
图1是实施例1以第一调节回路为主控制回路时的结构框图。
图2是实施例1以第二调节回路为主控制回路时的结构框图。
图3是实施例1电磁加热电路的控制方法的流程图。
图4是实施例1电磁加热方法的装置结构中加热器、线圈Ⅰ和线圈Ⅱ的位置示意图。
附图标记列表：
1-调节器Ⅰ，2-驱动电路Ⅰ，3-线圈Ⅰ，4-测量变送Ⅰ，5-调节器Ⅱ，6-驱动电路Ⅱ，7-线圈Ⅱ，8-测量变送Ⅱ，9-比值器，10-微控制器，11-铁磁性加热器。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步说明本发明的内容。
实施例1
一种基于双闭环比值控制的电磁加热电路的控制方法，包括以下步骤：
步骤A：启动所述电磁加热电路，初始化调节器Ⅰ1、调节器Ⅱ5、驱动电路Ⅰ2、驱动电路Ⅱ6、线圈Ⅰ3、线圈Ⅱ7、测量变送器Ⅰ4、测量变送器Ⅱ8，防止误操作影响加热不燃烧装置控温精度，此时所述主控制回路和副控制回路分别为所述第一调节回路和第二调节回路；
步骤B：所述电磁加热电路开始工作，将给定值300℃输送到所述调节器Ⅰ1，所述调节器Ⅰ1计算测量变送值与给定值的误差并输出控制量，用于控制电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述驱动电路Ⅰ2，；
所述驱动电路Ⅰ2驱动所述电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述线圈Ⅰ3中；
所述线圈Ⅰ3承载所述电源模块输出的交流电，产生快速变化的磁场，使所述铁磁性加热器11第一段内部产生涡流，实现所述铁磁性加热器11第一段自发热的目的；
所述测量变送器Ⅰ4由温度传感器及模数转换器组成，用于实时检测所述铁磁性加热器11第一段的表面温度，并将所述铁磁性加热器11第一段的表面温度的模拟信号转换成数字信号，传输给所述调节器Ⅰ1；
比值器9根据主控制回路的给定值300℃按照设置的比值0.8计算副控制回路的给定值为240℃，以控制副控制回路以一定的比值控制所述铁磁性加热器11第二段工作；
步骤C：所述微控制器10判断当前加热时间是否大于60s，若加热时间小于或者等于60s，继续以所述第一调节回路为所述主控制回路，第二调节回路为所述副控制回路；此阶段加热状态见图1，控制所述铁磁性加热器第一段表面温度T1为300℃，铁磁性加热器第二段表面温度T2为240℃。
直到加热时间大于60s，则所述微控制器10以所述第一调节回路为副控制回路，第二调节回路为主控制回路，再次初始化调节器Ⅰ1、调节器Ⅱ5、驱动电路Ⅰ2、驱动电路Ⅱ6、线圈Ⅰ3、线圈Ⅱ7、测量变送器Ⅰ4、测量变送器Ⅱ8，防止误操作影响加热不燃烧装置控温精度，此时所述比值器9的比值调节为0.6；
步骤D：此时所述主控制回路和副控制回路分别为所述第二调节回路和第一调节回路，将给定值350℃输送到调节器Ⅱ5，所述调节器Ⅱ5计算测量变送值与给定值的误差并输出控制量，用于控制电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述驱动电路Ⅱ6；
所述驱动电路Ⅱ6驱动所述电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述线圈Ⅱ7中；
所述线圈Ⅱ7承载所述电源模块输出的交流电，产生快速变化的磁场，使所述铁磁性加热器11第二段内部产生涡流，实现所述铁磁性加热器11第二段自发热的目的；
所述测量变送器Ⅱ8由温度传感器及模数转换器组成，用于实时检测所述铁磁性加热器11第二段的表面温度，并将所述铁磁性加热器11第二段的表面温度的模拟信号转换成数字信号，传输给所述调节器Ⅱ5；
比值器9根据主控制回路的给定值350℃按照设置的比值0.6计算副控制回路的给定值240℃，以控制副控制回路以一定的比值控制所述铁磁性加热器11第一段工作；
步骤E：所述微控制器10判断当前加热时间是否达到60s，若加热时间小于或者等于60s，继续以所述第二调节回路为主控制回路，所述第一调节回路为副控制回路；直到加热时间大于60s，所述第二调节回路和第一调节回路均则停止工作。此阶段加热状态见图2，控制所述铁磁性加热器第一段表面温度T3为240℃，铁磁性加热器第二段表面温度T4为350℃。
图3是实施例1电磁加热电路的控制方法的流程图。图4是实施例1电磁加热方法的装置结构中加热器、线圈Ⅰ和线圈Ⅱ的位置示意图。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于双闭环比值控制的电磁加热电路，其特征在于，所述电磁加热电路包括铁磁性加热器（11）、第一调节回路、第二调节回路、与第一调节回路和第二调节回路连接的比值器（9）、与第一调节回路和第二调节回路连接的微控制器（10）；
所述第一调节回路包括调节器Ⅰ（1）、驱动电路Ⅰ（2）、线圈Ⅰ（3）、测量变送器Ⅰ（4），
所述第二调节回路包括调节器Ⅱ（5）、驱动电路Ⅱ（6）、线圈Ⅱ（7）、测量变送器Ⅱ（8）；
所述线圈Ⅰ（3）和所述线圈Ⅱ（7）分别围绕在所述铁磁性加热器（11）的第一段和第二段；
其中，所述调节器Ⅰ（1）用于计算测量变送值与给定值的误差并输出控制量，用于控制电源模块的输出功率，从而控制所述铁磁性加热器（11）第一段的表面温度；
所述驱动电路Ⅰ（2）用于驱动所述电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述线圈Ⅰ（3）中；
所述线圈Ⅰ（3）用于承载所述电源模块输出的高频率的交变电压或电流，产生快速变化的磁场，使所述铁磁性加热器（11）第一段的内部产生涡流，实现所述铁磁性加热器（11）第一段自发热的目的；
所述测量变送器Ⅰ（4）是由温度传感器及模数转换器组成，用于实时检测所述铁磁性加热器（11）第一段的表面温度，并将所述铁磁性加热器（11）第一段的表面温度的模拟信号转换成数字信号，并将所述数字信号传输给所述调节器Ⅰ（1）；
所述调节器Ⅱ（5）用于计算测量变送值与给定值的误差并输出控制量，用于控制电源模块的输出功率，从而控制所述铁磁性加热器（11）第二段的表面温度；
所述驱动电路Ⅱ（6）用于驱动所述电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述线圈Ⅱ（7）中；
所述线圈Ⅱ（7）用于承载所述电源模块输出的高频率的交变电压或电流，产生快速变化的磁场，使所述铁磁性加热器（11）第二段的内部产生涡流，实现所述铁磁性加热器（11）第二段自发热的目的；
所述测量变送器Ⅱ（8）是由温度传感器及模数转换器组成，用于实时检测所述铁磁性加热器（11）第二段的表面温度，并将所述铁磁性加热器（11）第二段的表面温度的模拟信号转换成数字信号，并将所述数字信号传输给所述调节器Ⅱ（5）；
比值器（9）用于根据主控制回路的给定值按照设置的比值计算副控制回路的给定值，以控制副控制回路以一定的比值控制所述铁磁性加热器（11）工作，其中所述主控制回路和副控制回路分别为所述第一调节回路和第二调节回路，或所述主控制回路和副控制回路分别为所述第二调节回路和第一调节回路；
微控制器（10）用于控制以下操作：
当所述主控制回路和副控制回路分别为所述第一调节回路和第二调节回路时，所述微控制器（10）判断当前加热时间是否大于设定时间，若加热时间不大于所述设定时间，继续以所述第一调节回路为所述主控制回路，第二调节回路为所述副控制回路；若加热时间大于所述设定时间，则所述第一调节回路为副控制回路，第二调节回路为主控制回路；
当所述主控制回路和副控制回路分别为所述第二调节回路和第一调节回路时，所述微控制器（10）判断当前加热时间是否达到设定时间，若加热时间不大于设定时间，继续以所述第二调节回路为主控制回路，所述第一调节回路为副控制回路；若加热时间大于所述设定时间，所述第二调节回路和第一调节回路均停止工作。
2.根据权利要求1所述的电磁加热电路，其特征在于，所述比值器（9）的比值控制为0.6-0.9。
3.根据权利要求1所述的电磁加热电路，其特征在于，所述设定时间为50~70s。
4.根据权利要求1所述的电磁加热电路，其特征在于，所述给定值为温度。
5.权利要求1所述的电磁加热电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：启动所述电磁加热电路，初始化调节器Ⅰ（1）、调节器Ⅱ（5）、驱动电路Ⅰ（2）、驱动电路Ⅱ（6）、线圈Ⅰ（3）、线圈Ⅱ（7）、测量变送器Ⅰ（4）、测量变送器Ⅱ（8），此时所述主控制回路和副控制回路分别为所述第一调节回路和第二调节回路；
步骤B：所述电磁加热电路开始工作，将给定值输送到所述调节器Ⅰ（1），所述调节器Ⅰ（1）计算测量变送值与给定值的误差并输出控制量，用于控制电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述驱动电路Ⅰ（2）；
所述驱动电路Ⅰ（2）驱动所述电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述线圈Ⅰ（3）中；
所述线圈Ⅰ（3）承载所述电源模块输出的交流电，产生快速变化的磁场，使所述铁磁性加热器（11）第一段内部产生涡流，实现所述铁磁性加热器（11）第一段自发热的目的；
所述测量变送器Ⅰ（4）由温度传感器及模数转换器组成，用于实时检测所述铁磁性加热器（11）第一段的表面温度，并将所述铁磁性加热器（11）第一段的表面温度的模拟信号转换成数字信号，传输给所述调节器Ⅰ（1）；
比值器（9）根据主控制回路的给定值按照设置的比值计算副控制回路的给定值，以控制副控制回路以一定的比值控制所述铁磁性加热器（11）第二段工作；
步骤C：所述微控制器（10）判断当前加热时间是否大于设定时间，若加热时间不大于所述设定时间，继续以所述第一调节回路为所述主控制回路，第二调节回路为所述副控制回路；若加热时间大于所述设定时间，则所述第一调节回路为副控制回路，第二调节回路为主控制回路，再次初始化调节器Ⅰ（1）、调节器Ⅱ（5）、驱动电路Ⅰ（2）、驱动电路Ⅱ（6）、线圈Ⅰ（3）、线圈Ⅱ（7）、测量变送器Ⅰ（4）、测量变送器Ⅱ（8），此时所述比值器（9）的比值可调节；
步骤D：此时所述主控制回路和副控制回路分别为所述第二调节回路和第一调节回路，将给定值输送到调节器Ⅱ（5），所述调节器Ⅱ（5）计算测量变送值与给定值的误差并输出控制量，用于控制电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述驱动电路Ⅱ（6）；
所述驱动电路Ⅱ（6）驱动所述电源模块输出高频率的交变电压或电流到所述线圈Ⅱ（7）中；
所述线圈Ⅱ（7）承载所述电源模块输出的交流电，产生快速变化的磁场，使所述铁磁性加热器（11）第二段内部产生涡流，实现所述铁磁性加热器（11）第二段自发热的目的；
所述测量变送器Ⅱ（8）由温度传感器及模数转换器组成，用于实时检测所述铁磁性加热器（11）第二段的表面温度，并将所述铁磁性加热器（11）第二段的表面温度的模拟信号转换成数字信号，传输给所述调节器Ⅱ（5）；
比值器（9）根据主控制回路的给定值按照设置的比值计算副控制回路的给定值，以控制副控制回路以一定的比值控制所述铁磁性加热器（11）第一段工作；
步骤E：所述微控制器（10）判断当前加热时间是否达到设定时间，若加热时间不大于设定时间，继续以所述第二调节回路为主控制回路，所述第一调节回路为副控制回路；若加热时间大于所述设定时间，所述第二调节回路和第一调节回路则均停止工作。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述比值器（9）的比值控制为0.7-0.9。
7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述设定时间为50~70s。
8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述给定值为温度。
9.权利要求1所述的电磁加热电路用于控制铁磁性加热器（11）精度和准确性并保证在抽吸过程中铁磁性加热器（11）温度一致性的用途。
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