CN113485482A - 一种烹饪设备的自适应温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烹饪设备的自适应温度控制方法，包括以下步骤：S1：启动烹饪设备，设定目标温度；S2：开始加热，持续采集烹饪设备的内腔温度并记录与之对应的烹饪时间；S3：根据预设温度传感器延迟参数、内腔温度、烹饪时间以及目标温度之间的关系控制烹饪设备使其提前停止加热；S4：根据内腔温度、烹饪时间计算稳定加热占空比，并以稳定加热占空比加热N1个预设加热周期；S5：采集烹饪设备的实时温度，根据所述实时温度、目标温度以及稳定加热占空比计算修正加热占空比，并以所述修正加热占空比进行加热。本发明的方法可以在加热功率变化或环境温度变化时，通过采集烤箱的升温、降温特性来进行温度控制，达到了更好的恒温效果。
Description
技术领域
本发明属于烹饪设备控制方法技术领域，具体涉及一种烹饪设备的自适应温度控制方法。
背景技术
现有烹饪设备的容积大小、加热管功率大小不一，控制方法有较大差异，在容积、加热管功率发生变化后温度控制变化较大，较难，同时环境温度也会影响温度稳定性，烹饪设备中的实际温度与目标温度偏差较大，导致恒温效果不佳。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种烹饪设备的自适应温度控制方法，以解决现有的烹饪设备中实际温度与目标温度偏差大，恒温效果不佳的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种烹饪设备的自适应温度控制方法，包括以下步骤：
S1：启动烹饪设备，设定所述烹饪设备的目标温度；
S2：所述烹饪设备开始加热，持续采集所述烹饪设备的内腔温度并记录与所述内腔温度对应的烹饪时间；
S3：根据预设温度传感器延迟参数、所述内腔温度、烹饪时间以及目标温度之间的关系控制烹饪设备，使其在内腔温度靠近目标温度时提前停止加热，所述内腔温度继续上升，直至达到最高值后，进入S4；
S4：根据所述内腔温度、烹饪时间计算稳定加热占空比，并以所述稳定加热占空比加热N1个预设加热周期后，进入S5；
S5：采集所述烹饪设备的实时温度，根据所述实时温度、目标温度以及稳定加热占空比计算修正加热占空比，并以所述修正加热占空比进行加热。
优选地，所述S3中根据预设温度传感器延迟参数、所述内腔温度、烹饪时间、以及目标温度控制烹饪设备，使其在内腔温度靠近目标温度时提前停止加热，具体为：
S31：根据所述内腔温度及烹饪时间计算上升斜率；
S32：根据所述上升斜率与预设温度传感器延迟参数计算上冲量；
S33：当所述烹饪设备的内腔温度与目标温度之间的差值等于上冲量时，所述烹饪设备停止加热。
优选地，所述S31中根据内腔温度及烹饪时间计算上升斜率，具体为：
从所述持续采集的内腔温度中选取出第一温度和第二温度，同时获知第一温度与第二温度分别对应的烹饪时间，上升斜率具体的计算公式为：
其中，k上升为上升斜率，T1为第一温度，T2为第一温度，t1为第一温度对应的烹饪时间，t2为第二温度对应的烹饪时间。
优选地，所述第一温度、第二温度均处于所述目标温度的80％～90％这一区间内。
优选地，所述S32中根据上升斜率与预设温度传感器延迟参数计算上冲量，上冲量具体的计算公式为：
其中，T上冲量为上冲量，XS为预设温度传感器延迟参数。
优选地，所述预设温度传感器延迟参数的取值范围为：30～60s。
优选地，所述S4中根据内腔温度、烹饪时间以及预设加热周期计算稳定加热占空比，具体为：
S41：根据所述内腔温度、烹饪时间计算下降斜率；
S42：根据所述上升斜率、下降斜率以及预设加热周期计算稳定加热占空比。
优选地，所述S41中根据内腔温度、烹饪时间计算下降斜率，具体为：
从所述持续采集的内腔温度中选取出内腔温度的最高值，以及从最高值下降了预设温度变化值后所到达的第三温度，同时获知内腔温度的最高值与第三温度分别对应的烹饪时间，下降斜率具体的计算公式为：
其中，k下降为下降斜率，T最高为内腔温度的最高值，T第三为第三温度，t3为内腔温度的最高值对应的烹饪时间，t4为第三温度对应的烹饪时间。
优选地，所述预设温度变化值的取值范围为：5～10℃。
优选地，所述S42中根据上升斜率、下降斜率以及预设加热周期计算稳定加热占空比，稳定加热占空比具体的计算公式为：
其中，ton稳:toff稳为稳定加热占空比。
优选地，所述预设加热周期为60s。
优选地，所述N1的取值范围为：1≤N1≤3。
优选地，所述S5中采集烹饪设备的实时温度，根据所述实时温度、目标温度以及稳定加热占空比计算修正加热占空比，并以所述修正加热占空比进行加热，具体为：
S51：采集所述烹饪设备的实时温度；
S52：根据所述实时温度与目标温度的关系，在稳定加热占空比的基础上进行调整，得到修正加热占空比，并以所述修正加热占空比加热一个所述加热周期；
S53：返回S51，累计调整并加热N2次后，所述内腔温度接近目标温度。
优选地，S52中所述根据实时温度与目标温度的关系，在稳定加热占空比的基础上进行调整，得到修正加热占空比，具体为：
当T实时>T目标时，修正加热占空比具体的计算公式为：
tON修:tOFF修＝ton稳:toff稳+(T实时-T目标)×k下降×K (5)；
当T实时<T目标时，修正加热占空比具体的计算公式为：
tON修:tOFF修＝ton稳+(T目标-T实时)×k上升×K:toff稳 (6)；
其中，T实时为实时温度，tON修:tOFF修为修正加热占空比，K为修正系数。
优选地，所述修正系数K与N2的关系为：
优选地，当烹饪设备中途暂停或开门，温度降幅较大时，返回S2重新开始加热。
优选地，所述温度降幅较大，具体为：
温度降幅大于或等于目标温度的20％。
优选地，当烹饪设备腔体中的初始温度大于目标温度时，待初始温度降低至小于目标温度后，进入S2开始加热。
优选地，所述初始温度降低至小于目标温度，具体为：
初始温度为目标温度的80％-90％。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过采集烹饪设备的内腔温度和烹饪时间，并充分考虑了预设温度传感器的延迟参数对温度控制的影响，利用上述三者与目标温度之间的关系控制烹饪设备利用热惯性升温至目标温度附近，避免了过度加热，之后还根据实时温度与目标温度的差值对稳定加热占空比做出适应性的调整和修正，使温度控制的精确度更高，达到了更好的恒温效果。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例提供的一种烹饪设备的自适应温度控制方法的流程框图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要明确的是，术语“垂直”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“水平”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明，而不是意味着所指的装置或元件必须具有特有的方位或位置，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种烹饪设备的自适应温度控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：启动烹饪设备，设定烹饪设备的目标温度；
S2：烹饪设备开始加热，持续采集所述烹饪设备的内腔温度并记录与所述内腔温度对应的烹饪时间；
S3：根据温度传感器延迟参数、所述内腔温度、烹饪时间、以及目标温度之间的关系控制烹饪设备，使其在内腔温度靠近目标温度时提前停止加热，具体为：
S31：根据所述内腔温度及烹饪时间计算上升斜率，具体为：
从所述持续采集的内腔温度中选取出第一温度和第二温度，同时获知第一温度与第二温度分别对应的烹饪时间，上升斜率具体的计算公式为：
其中，k上升为上升斜率，T1为第一温度，T2为第一温度，t1为第一温度对应的烹饪时间，t2为第二温度对应的烹饪时间。
所谓上升斜率，是指温度每上升一度所用的平均时间。
进一步的，所述第一温度、第二温度均处于所述目标温度的80％～90％这一区间内。
由于烹饪设备在加热阶段的温度的上升斜率是持续变化的，且存在较大差异，烹饪设备从室温开始加热，初始阶段上升斜率较大，也就是说温度每上升一度所用的时间较短；在进入高温接近目标温度时，上升斜率较小，也就是说温度每上升一度所用的时间较长。
此时计算的上升斜率是为了便于后续求出高温阶段的上冲量，若在计算上升斜率时选取的温度离目标温度较远，计算出的上升斜率较大，而预设温度传感器延迟参数又是固定值，从而求取出的上冲量较小，烹饪设备未能及时停止加热，导致实际温度远高于目标温度，造成过度加热。故因选取靠近目标温度一定范围内的温度计算其上升斜率，以更加精确的控制温度。
S32：根据所述上升斜率与预设温度传感器延迟参数计算上冲量，上冲量的计算公式为：
其中，T上冲量为上冲量，XS为预设温度传感器延迟参数。
S33：当所述烹饪设备的内腔温度与目标温度之间的差值等于上冲量时，所述烹饪设备停止加热。
进一步的，预设温度传感器延迟参数是指温度传感器的延迟时间或响应时间，其一般为为30～60s。
所谓温度传感器延迟参数，是指温度传感器的延迟时间或响应时间。
当所述烹饪设备的内腔温度与目标温度之间的差值等于上冲量时，烹饪设备停止加热，利用热惯性使内腔温度继续上升，内腔温度达到最高值后，进入S4。
此时计算的上冲量只是辅助于温度控制，利用热惯性并不能精确至目标温度，只能使内腔温度处于目标温度附近。
S4：根据所述内腔温度、烹饪时间以及预设加热周期计算稳定加热占空比，具体为：
S41：根据所述内腔温度、烹饪时间计算下降斜率，具体为：
从所述持续采集的内腔温度中选取出内腔温度的最高值，以及从最高值下降了预设温度变化值后所到达的第三温度，同时获知内腔温度的最高值与第三温度分别对应的烹饪时间，下降斜率具体的计算公式为：
其中，k下降为下降斜率，T最高为内腔温度的最高值，T第三为第三温度，t3为内腔温度的最高值对应的烹饪时间，t4为第三温度对应的烹饪时间。
所谓下降斜率，是指温度每下降一度所用的平均时间。
为了避免温度下降过多重新加热导致耗费电力，并提高温度控制的精确性，内腔温度的最高值与第三温度之间的差值等于预设温度变化值，所述预设温度变化值的取值范围为5～10℃。
S42：根据所述上升斜率、下降斜率以及预设加热周期计算稳定加热占空比，稳定加热占空比的计算公式为：
其中，ton稳:toff稳为稳定加热占空比。
所谓加热占空比，是指在一个预设加热周期内加热管加热的时间所占的份额与停止加热的时间所占的份额的比值。
进一步的，一个预设加热周期为60s。
求出稳定加热占空比后，以所述稳定加热占空比加热N1个预设加热周期，其中1≤N1≤3，目的在于稳定烹饪设备的加热管，若加热管一直处于加热或停止状态则会导致较大过冲。加热N1个预设加热周期后，理论上内腔温度不会发送变化(但仍与实时温温度存在一定偏差)，之后进入S5。
S5：采集烹饪设备的实时温度，根据所述实时温度、目标温度以及稳定加热占空比计算修正加热占空比，并以所述修正后的加热占空比进行加热，具体为：
S51：采集烹饪设备的实时温度；
S52：根据所述实时温度与目标温度的关系，在所述稳定加热占空比的基础上进行调整，得到修正加热占空比，具体为：
当T实时>T目标时，修正加热占空比具体的计算公式为：
tON修:tOFF修＝ton稳:toff稳+(T实时-T目标)×k下降×K (5)；
当T实时<T目标时，修正加热占空比具体的计算公式为：
tON修:tOFF修＝ton稳+(T目标-T实时)×k上升×K:toff稳 (6)；
其中，T实时为实时温度，tON修:tOFF修为修正加热占空比，K为修正系数；
以所述修正加热占空比加热一个加热周期。
S53：返回S51，累计调整并加热N2次后，所述内腔温度接近目标温度。
具体的，实时温度每间隔一个预设加热周期采集一次，将每次采集到的实时温度与目标温度进行比较，根据比较结果在稳定加热占空比的基础上对其进行调整得到修正加热占空比，并以修正加热占空比加热一个周期。一个周期结束后再次采集实时温度，再次对加热占空比进行调整修正，以此循环。
累计调整并加热N2次后，可接近目标温度，修正系数K与N2的关系为：
修正系数K可根据实际情况进行设定，K越小，N2越大，调整的次数越多，温度控制的精度就越高，越接近目标温度。
另外，当烹饪设备中途暂停或开门，温度降幅较大时(温度降幅大于或等于目标温度的20％)，返回S2重新开始加热。
当烹饪设备腔体中的初始温度大于目标温度时，待初始温度降低至小于目标温度后(初始温度为目标温度的80％-90％)，进入S2开始加热。
本发明通过采集烹饪设备的内腔温度和烹饪时间，并充分考虑了预设温度传感器的延迟参数对温度控制的影响，利用上述三者与目标温度之间的关系控制烹饪设备利用热惯性升温至目标温度附近，避免了过度加热，之后还根据实时温度与目标温度的差值对稳定加热占空比做出适应性的调整和修正，使温度控制的精确度更高，达到了更好的恒温效果。
该控制方法适用于烤箱、蒸箱、蒸烤一体机等等。
实施例1
S1：启动烹饪设备，设定烹饪设备的目标温度T目标＝200℃；
S2：烹饪设备开始加热，持续采集所述烹饪设备的内腔温度并记录与所述内腔温度对应的烹饪时间；
S3：
S31：当内腔温度达到目标温度的80％～90％时，即内腔温度达到160℃～180℃时，在该区间内选取第一温度T1＝175℃，第二温度T2＝180℃，175℃时对应的烹饪时间t1＝600s，180℃时对应的烹饪时间t2＝650s，计算此阶段的上升斜率k上升为：
S32：根据求得的上升斜率k上升与预设温度传感器延迟参数XS(预设温度传感器延迟参数一般为30s)计算上冲量T上冲量为：
S33：在内腔温度达到197℃时(200-3＝197)停止加热，利用热惯性继续加热，达到内腔温度的最高值T最高＝202℃，进入S4。
S4：
S41：从持续采集的内腔温度中选取出内腔温度的最高值T最高＝202℃，对应的烹饪时间t3＝730s，从最高值下降了预设温度变化值后到达第三温度T 第三，预设温度变化值为5℃，则第三温度T第三＝202-5＝197℃，对应的烹饪时间t4＝830s，则此阶段的下降斜率k下降为：
S42：稳定加热占空比ton稳:toff稳为：
ton稳:
预设加热周期一般为60s，即在一个预设加热周期60s内，加热管加热的时间为
加热管停止加热的时间为
以上述稳定加热占空比加热N1＝2个预设加热周期，理论上内腔温度仍为197℃，但其与实时温度仍存在一定偏差，之后进入S5。
S5：
S51：采集到的实时温度T实时1＝195℃；
S52：实时温度T实时1＝195℃＜T目标＝200℃，在稳定加热占空比ton稳:toff稳的基础上进行调整和修正，取修正系数K＝50％，则第一次修正后的修正加热占空比tON修1:tOFF修1为：
tON修1:tOFF修1＝ton稳+(T目标-T实时1)×k上升×K:toff稳＝10+(200-195)×10×50％:20＝35:20
即在一个预设加热周期60s内，加热管加热的时间为
加热管停止加热的时间为
以第一次修正后的加热占空比tON修1:tOFF修1加热一个预设加热周期，温度的上升量为38÷10≈3.8℃，温度的下降量为22÷20≈1.1℃，累计温度上升量为3.8-1.1＝2.7℃，故以第一次修正后的加热占空比tON修1:tOFF修1加热一个预设加热周期后，此时的内腔温度为 195+2.7＝197.7℃。
由于修正系数K＝50％，故N2＝100％÷50％＝2，除去上次，还需再调整、加热一次。
采集到实时温度T实时2＝197.7℃＜T目标＝200℃，在稳定加热占空比ton稳:toff稳的基础上进行调整和修正，修正系数K＝50％，则第二次修正后的修正加热占空比tON修2:tOFF修2为：
tON修2:tOFF修2＝ton稳+(T目标-T实时2)×k上升×K:toff稳＝10+(200-197.7)×10×50％:20＝21.5:20
即在一个预设加热周期60s内，加热管加热的时间为
加热管停止加热的时间为
以第二次修正后的加热占空比加热一个预设加热周期，温度的上升量为3.2÷10＝3.2℃，温度的下降量为28 ÷20＝1.4℃，累计温度上升量为3.2-1.4＝1.8℃，故以第二次修正后的加热占空比加热一个预设加热周期后，此时的内腔温度为197.7+1.8＝199.5℃，可见，经过两次调节后，199.5℃十分接近200℃。
此外，当烹饪设备中途暂停或开门，温度降幅大于或等于目标温度的 20％(200×20％＝40℃)，即温度降幅大于等于40℃时，返回S2重新开始加热。
当烹饪设备腔体中的初始温度大于200℃时，待初始温度降低为目标温度的80％-90％(200×80％＝160℃，200×90％＝180℃)，即待初始温度降低至160-180℃时，进入S2开始加热。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。
Claims (19)
1.一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：启动烹饪设备，设定所述烹饪设备的目标温度；
S2：所述烹饪设备开始加热，持续采集所述烹饪设备的内腔温度并记录与所述内腔温度对应的烹饪时间；
S3：根据预设温度传感器延迟参数、所述内腔温度、烹饪时间以及目标温度之间的关系控制烹饪设备，使其在内腔温度靠近目标温度时提前停止加热，所述内腔温度继续上升，直至达到最高值后，进入S4；
S4：根据所述内腔温度、烹饪时间计算稳定加热占空比，并以所述稳定加热占空比加热N1个预设加热周期后，进入S5；
S5：采集所述烹饪设备的实时温度，根据所述实时温度、目标温度以及稳定加热占空比计算修正加热占空比，并以所述修正加热占空比进行加热。
2.根据权利要求1所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述S3中根据预设温度传感器延迟参数、所述内腔温度、烹饪时间、以及目标温度控制烹饪设备，使其在内腔温度靠近目标温度时提前停止加热，具体为：
S31：根据所述内腔温度及烹饪时间计算上升斜率；
S32：根据所述上升斜率与预设温度传感器延迟参数计算上冲量；
S33：当所述烹饪设备的内腔温度与目标温度之间的差值等于上冲量时，所述烹饪设备停止加热。
3.根据权利要求2所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述S31中根据内腔温度及烹饪时间计算上升斜率，具体为：
从所述持续采集的内腔温度中选取出第一温度和第二温度，同时获知第一温度与第二温度分别对应的烹饪时间，上升斜率具体的计算公式为：
其中，k上升为上升斜率，T1为第一温度，T2为第一温度，t1为第一温度对应的烹饪时间，t2为第二温度对应的烹饪时间。
4.根据权利要求3所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述第一温度、第二温度均处于所述目标温度的80％～90％这一区间内。
5.根据权利要求4所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述S32中根据上升斜率与预设温度传感器延迟参数计算上冲量，上冲量具体的计算公式为：
其中，T上冲量为上冲量，XS为预设温度传感器延迟参数。
6.根据权利要求5所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述预设温度传感器延迟参数的取值范围为：30～60s。
7.根据权利要求6所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述S4中根据内腔温度、烹饪时间以及预设加热周期计算稳定加热占空比，具体为：
S41：根据所述内腔温度、烹饪时间计算下降斜率；
S42：根据所述上升斜率、下降斜率以及预设加热周期计算稳定加热占空比。
8.根据权利要求7所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述S41中根据内腔温度、烹饪时间计算下降斜率，具体为：
从所述持续采集的内腔温度中选取出内腔温度的最高值，以及从最高值下降了预设温度变化值后所到达的第三温度，同时获知内腔温度的最高值与第三温度分别对应的烹饪时间，下降斜率具体的计算公式为：
其中，k下降为下降斜率，T最高为内腔温度的最高值，T第三为第三温度，t3为内腔温度的最高值对应的烹饪时间，t4为第三温度对应的烹饪时间。
9.根据权利要求8所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述预设温度变化值的取值范围为：5～10℃。
10.根据权利要求9所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述S42中根据上升斜率、下降斜率以及预设加热周期计算稳定加热占空比，稳定加热占空比具体的计算公式为：
其中，ton稳:toff稳为稳定加热占空比。
11.根据权利要求10所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述预设加热周期为60s。
12.根据权利要求11所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述N1的取值范围为：1≤N1≤3。
13.根据权利要求11或12所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述S5中采集烹饪设备的实时温度，根据所述实时温度、目标温度以及稳定加热占空比计算修正加热占空比，并以所述修正加热占空比进行加热，具体为：
S51：采集所述烹饪设备的实时温度；
S52：根据所述实时温度与目标温度的关系，在稳定加热占空比的基础上进行调整，得到修正加热占空比，并以所述修正加热占空比加热一个所述加热周期；
S53：返回S51，累计调整并加热N2次后，所述内腔温度接近目标温度。
14.据权利要求13所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，S52中所述根据实时温度与目标温度的关系，在稳定加热占空比的基础上进行调整，得到修正加热占空比，具体为：
当T实时>T目标时，修正加热占空比具体的计算公式为：
tON修:tOFF修＝ton稳:toff稳+(T实时-T目标)×k下降×K (5)；
当T实时<T目标时，修正加热占空比具体的计算公式为：
tON修:tOFF修＝ton稳+(T目标-T实时)×k上升×K:toff稳 (6)；
其中，T实时为实时温度，tON修:tOFF修为修正加热占空比，K为修正系数。
15.根据权利要求14所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述修正系数K与N2的关系为：
16.根据权利要求1-15任一项所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，当烹饪设备中途暂停或开门，温度降幅较大时，返回S2重新开始加热。
17.根据权利要求16所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述温度降幅较大，具体为：
温度降幅大于或等于目标温度的20％。
18.根据权利要求1-17任一项所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，当烹饪设备腔体中的初始温度大于目标温度时，待初始温度降低至小于目标温度后，进入S2开始加热。
19.根据权利要求18所述的一种烹饪设备的自适应温度控制方法，其特征在于，所述初始温度降低至小于目标温度，具体为：
初始温度为目标温度的80％-90％。
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