CN111528532A - 一种加热不燃烧卷烟装置的温控系统及其温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加热不燃烧卷烟装置温控系统，其包括：温度检测模块(11)、模糊控制模块(12)、比较决策模块(13)、循环执行模块(14)、转换开关模块(15)、模糊PID控制模块(16)和输出控制变量模块(17)，加热元件(A)。本发明还公开了所述加热不燃烧卷烟装置温控系统的温度控制方法。本发明的加热不燃烧卷烟装置温控系统及温度控制方法提高了加热不燃烧卷烟装置的温度控制精度、响应速度，降低了能量的浪费。
Description
技术领域
本发明属于加热不燃烧卷烟装置技术领域，具体涉及一种微型加热不燃烧卷烟加热器的温度控制系统。
技术背景
与传统卷烟不同，加热不燃烧卷烟以“加热不燃烧”为思路设计的“低温卷烟”。相对于传统卷烟在900℃的高温环境下通过明火点燃烟草制品使其燃烧裂解，加热不燃烧卷是通过外部装置提供热源，在烟草制品不燃烧的情况下加热烟草制品使其雾化，让用户吸食。
温度控制技术是加热不燃烧卷烟装置的核心技术，良好的温控技术能够提升用户的抽吸体验和能源的利用率。现有技术的加热不燃烧卷烟装置存在温度控制精度较低、响应时间长的问题。因此，需要一种温控系统，当加热元件表面的实际温度与目标设定温度相差较大时，能够迅速的改变加热元件表面的温度；当加热元件表面的实际温度接近目标设定温度时，控制策略具有良好的抗干扰能力和响应能力。本发明提供了一种加热不燃烧卷烟装置的温度控制系统，采用模糊控制-模糊PID切换控制策略，提升了温度控制系统的响应能力和抗干扰能力，使加热不燃烧卷烟装置的温度控制精度和响应速度得到提高。该加热不燃烧卷烟装置的温度控制系统为首次报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供了一种加热不燃烧卷烟装置的温控系统，用以解决目前加热不燃烧卷烟装置温度控制精度低、响应时间长的问题，进一步提升了加热不燃烧卷烟装置的控制精度和响应速度。
本发明技术方案如下：
本发明第一方面公开了一种加热不燃烧卷烟装置温控系统，其包括：温度检测模块11、模糊控制模块12、比较决策模块13、循环执行模块14、转换开关模块15、模糊PID控制模块16和输出控制变量模块17，加热元件A。
优选地，所述加热元件A插入加热不燃烧卷烟内部；所述温度检测模块11与所述加热元件A相连；所述模糊控制模块12连接在所述温度检测模块11的下游。
优选地，所述比较决策模块13连接在所述模糊控制模块12的下游；所述转换开关模块15连接在所述比较决策模块13的下游。
优选地，所述循环执行模块14与所述比较决策模块13相互连接在对方的下游形成循环连接。
优选地，所述模糊PID控制模块16连接在所述转换开关模块15和温度检测模块11的下游。
优选地，所述输出控制变量模块17连接在所述模糊控制模块12和模糊PID控制模块16的下游；所述述加热元件A连接在所述输出控制变量模块17下游。
本发明第二方面公开了所述加热不燃烧卷烟装置温控系统的温度控制方法，包括如下步骤：
①将所述加热元件A插入到加热不燃烧卷烟内部进行加热；
②使用所述模糊控制模块12控制温度检测模块11使所述加热元件A表面的温度接近设定的目标温度；
③使用比较决策模块13比较设定的目标温度值T0与实际温度测量值Tc之间差值TΔ与设定阈值Ts，若TΔ≦Ts，使用所述转换开关模块15切换为模糊PID控制模块16进行模糊PID控制，增强所述加热不燃烧卷烟装置温控系统的抗干扰能力和响应能力；其中TΔ＝|T0–Tc|；
④若TΔ>Ts，使用循环执行模块14继续循环进行比较TΔ与Ts直到TΔ≦Ts，使用所述转换开关模块15切换为模糊PID控制模块16进行模糊PID控制，增强所述加热不燃烧卷烟装置温控系统的抗干扰能力和响应能力；
⑤使用所述输出控制变量模块17输出设定的目标温度值T0给所述加热元件A加热所述加热不燃烧卷烟供抽吸。
优选地，所述模糊PID控制模块16进行模糊PID控制流程为：
S1、程序启动，确定模糊规则；
S2、利用模糊规则表对误差和误差变化率进行模糊化处理得出响应的隶属度；
S3、获取所述加热元件A表面的温度值，并进行AD数据转换，将数据输入到控制器；
S4、利用模糊规则决策，再经过模糊推理和重心法清晰化，最后乘以比例因子得到最终的输出为：ΔKp、ΔKi、ΔKd；
S5、由Kp＝Kp0+ΔKP，Ki＝Ki0+ΔKi，Kd＝Kd0+ΔKd得出整定后得参数Kp、Ki、Kd，并带入PID控制器中运行；
S6、判断所述加热元件(A)工作是否结束，若所述加热元件(A)工作结束，停止运行；若加热元件(A)工作未结束，继续检测所述加热元件(A)表面温度；
其中，Kp0、Ki0、Kd0为PID控制的参数初始整定值；ΔKp、ΔKi、ΔKd，为模糊控制输出的PID控制参数修正值；Kp、Ki、Kd分别为比例调节系数，积分时间常数，微分时间常数。
本发明的有益效果：
本发明的加热不燃烧卷烟装置的温度控制系统，采用模糊控制-模糊PID切换控制策略，提升了温度控制系统的响应能力和抗干扰能力，使加热不燃烧卷烟装置的温度控制精度和响应速度得到提高。
附图说明
图1为本发明的加热不燃烧卷烟装置的温控系统流程图。
图2为本发明的加热不燃烧卷烟装置的温控系统结构图；
图3为本发明的加热不燃烧卷烟装置的温控系统的模糊PID控制流程图。
附图标记：11-温度检测模块，12-模糊控制模块，13-比较决策模块，14-循环执行模块，15-转换开关模块，16-模糊PID控制模块，17-输出控制变量模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
实施例1：
如图2所示，一种加热不燃烧卷烟装置温控系统，其包括：温度检测模块11、模糊控制模块12、比较决策模块13、循环执行模块14、转换开关模块15、模糊PID控制模块16和输出控制变量模块17，加热元件A。所述加热元件A插入加热不燃烧卷烟内部；所述温度检测模块11与所述加热元件A相连；所述模糊控制模块12连接在所述温度检测模块11的下游。所述比较决策模块13连接在所述模糊控制模块12的下游；所述转换开关模块15连接在所述比较决策模块13的下游。所述循环执行模块14与所述比较决策模块13相互连接在对方的下游形成循环连接。所述模糊PID控制模块16连接在所述转换开关模块15和温度检测模块11的下游。所述输出控制变量模块17连接在所述模糊控制模块12和模糊PID控制模块16的下游；所述加热元件A连接在所述输出控制变量模块17下游。
加热不燃烧卷烟装置温控系统的温度控制方法，所述具体执行步骤包括：
a、将加热片(本实施例的加热元件为加热片)插入加热不燃烧卷烟中，加热片位于加热不燃烧卷烟装置内部，开启加热不燃烧装置；
b、加热不燃烧卷烟装置使用模糊控制策略，使加热元件表面温度迅速接近目标温度；
c、实时监测加热元件表面温度；具体地，在加热不燃烧卷烟装置正常通电后，加热元件表面的温度随时间不断增大，实时的监测加热元件表面温度并计算目标值与测量之间的差值，才能实现后续的判定与转换；
d、实时比较设定值与加热元件表面温度值，并计算设定值与加热元件表面温度值的差值TΔ＝|T0-TΔ|；
e、判定决策是否转换温度控制策略，判断加热元件表面温度与实际值之间的差值TΔ是否小于等于设定阈值Ts，当TΔ大于设定阈值Ts时，继续使用模糊控制策略控制加热元件表面温度，当TΔ小于等于设定阈值Ts时，转换温度控制策略，使用模糊PID控制策略；
f、使用模糊PID控制策略，用于加热元件表面温度接近设定温度值时，增强控制系统的抗干扰能力和响应速度；
g、输出模糊PID控制策略的控制变量；
本实施例中的设定的目标温度值T0为350℃；
本实例中的设定阈值Ts为20℃，其范围可以为10-50℃。
如图3所示，所述模糊PID控制模块16进行模糊PID具体流程如下：
S1、程序启动后，首先进确定模糊规则；模糊规则由专家经验和采样数据两方面获得；
S2、利用模糊规则表对e(误差)和ec(误差变化率)进行模糊化处理得出响应的隶属度；
S3、获取加热片表面的温度值，并进行AD数据转换，将数据输入到控制器；
S4、利用模糊规则决策，再经过模糊推理和重心法清晰化，最后乘以比例因子得到最终的输出为：ΔKp、ΔKi、ΔKd；
S5、由Kp＝Kp0+ΔKP，Ki＝Ki0+ΔKi，Kd＝Kd0+ΔKd得出整定后得参数Kp、Ki、Kd，并带入PID控制器中运行；
S6、判断加热器工作是否结束，当加热器工作未结束，继续检测加热器表面温度；
其中，Kp0、Ki0、Kd0为PID控制的参数初始整定值；ΔKp、ΔKi、ΔKd，为模糊控制输出的PID控制参数修正值；Kp、Ki、Kd分别为比例调节系数，积分时间常数，微分时间常数。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种加热不燃烧卷烟装置温控系统，其特征在于，其包括：温度检测模块(11)、模糊控制模块(12)、比较决策模块(13)、循环执行模块(14)、转换开关模块(15)、模糊PID控制模块(16)和输出控制变量模块(17)，加热元件(A)。
2.根据权利要求1所述加热不燃烧卷烟装置温控系统，其特征在于，所述加热元件(A)插入加热不燃烧卷烟内部；所述温度检测模块(11)与所述加热元件(A)相连；所述模糊控制模块(12)连接在所述温度检测模块(11)的下游。
3.根据权利要求1加热不燃烧卷烟装置温控系统，其特征在于，所述比较决策模块(13)连接在所述模糊控制模块(12)的下游；所述转换开关模块(15)连接在所述比较决策模块(13)的下游。
4.根据权利要求1所述加热不燃烧卷烟装置温控系统，其特征在于，所述循环执行模块(14)与所述比较决策模块(13)相互连接在对方的下游形成循环连接。
5.根据权利要求1所述加热不燃烧卷烟装置温控系统，其特征在于，所述模糊PID控制模块(16)连接在所述转换开关模块(15)和温度检测模块(11)的下游。
6.根据权利要求1所述加热不燃烧卷烟装置温控系统，其特征在于，所述输出控制变量模块(17)连接在所述模糊控制模块(12)和模糊PID控制模块(16)的下游；所述述加热元件(A)连接在所述输出控制变量模块(17)下游。
7.一种使用根据权利要求1-6任一所述加热不燃烧卷烟装置温控系统的温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
①将所述加热元件(A)插入到加热不燃烧卷烟内部进行加热；
②使用所述模糊控制模块(12)控制温度检测模块(11)使所述加热元件(A)表面的温度接近设定的目标温度；
③使用比较决策模块(13)比较设定的目标温度值T0与实际温度测量值Tc之间差值TΔ与设定阈值Ts，若TΔ≦Ts，使用所述转换开关模块(15)切换为模糊PID控制模块(16)进行模糊PID控制，增强所述加热不燃烧卷烟装置温控系统的抗干扰能力和响应能力；其中TΔ＝|T0–Tc|；
④若TΔ>Ts，使用循环执行模块(14)继续循环进行比较TΔ与Ts直到TΔ≦Ts，使用所述转换开关模块(15)切换为模糊PID控制模块(16)进行模糊PID控制，增强所述加热不燃烧卷烟装置温控系统的抗干扰能力和响应能力；
⑤使用所述输出控制变量模块(17)输出设定的目标温度值T0给所述加热元件(A)加热所述加热不燃烧卷烟供抽吸。
8.根据权利要求7所述的温度控制方法，其特征在于，所述模糊PID控制模块(16)进行模糊PID控制流程为：
S1、程序启动，确定模糊规则；
S2、利用模糊规则表对误差和误差变化率进行模糊化处理得出响应的隶属度；
S3、获取所述加热元件(A)表面的温度值，并进行AD数据转换，将数据输入到控制器；
S4、利用模糊规则决策，再经过模糊推理和重心法清晰化，最后乘以比例因子得到最终的输出为：ΔKp、ΔKi、ΔKd；
S5、由Kp＝Kp0+ΔKP，Ki＝Ki0+ΔKi，Kd＝Kd0+ΔKd得出整定后得参数Kp、Ki、Kd，并带入PID控制器中运行；
S6、判断所述加热元件(A)工作是否结束，若所述加热元件(A)工作结束，停止运行；若加热元件(A)工作未结束，继续检测所述加热元件(A)表面温度；
其中，Kp0、Ki0、Kd0为PID控制的参数初始整定值；ΔKp、ΔKi、ΔKd，为模糊控制输出的PID控制参数修正值；Kp、Ki、Kd分别为比例调节系数，积分时间常数，微分时间常数。
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