CN113917959B - 一种基于控制调节器的温度控制方法、装置及电子设备 - Google Patents

一种基于控制调节器的温度控制方法、装置及电子设备 Download PDF

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CN113917959B CN202111259680.5A CN202111259680A CN113917959B CN 113917959 B CN113917959 B CN 113917959B CN 202111259680 A CN202111259680 A CN 202111259680A CN 113917959 B CN113917959 B CN 113917959B
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Abstract

本申请提供了一种基于控制调节器的温度控制方法、装置及电子设备，所述温度控制方法包括：获取加热对象的预设温度值、初始温度值以及目标温度值，基于所述初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出所述加热对象的参考温度值；基于所述目标温度值以及所述参考温度值确定出所述加热对象的加热控制模式，其中，所述加热对象的加热控制模式包括目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式；基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，并根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制。实现了利用控制参数对加热对象进行控温的过程。

Description

一种基于控制调节器的温度控制方法、装置及电子设备
技术领域
本申请涉及自动化技术领域，尤其是涉及一种基于控制调节器的温度控制方法、装置及电子设备。
背景技术
PID控制器是工业温度控制过程中最常见的一种控制调节器，因其结构简单、容易实现，并且具有较强的鲁棒性，因而被广泛应用于各种工业控制中，尽管工业自动化在飞速发展，PID控制技术仍然是工业过程控制的基础。
现阶段，大多数温控设备上常用的PID参数整定方法主要可以分三种，第一种是通过手动调节寻找PID控制器的参数，这种方法一般需要经验丰富的工程技术人员来完成，既耗时又耗力，加之实际系统千差万别，又有滞后、非线性等因素，使PID参数的整定有一定的难度。第二种方法是智能PID控制算法，比如基于专家控制经验的模糊PID控制技术以及基于神经网络、遗传算法的模糊复合控制技术等，由于其很多理论知识还处于试验研究阶段，致使实际应用于工业温控的相对较少。最后一种是基于继电反馈的PID参数整定算法，这种方法会导致对于PID参数确定不准确的技术问题，进而使得加热对象的控温效率降低，即对PID参数的确定方式进行优化是亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种基于控制调节器的温度控制方法、装置及电子设备，通过利用目标温度值和参考温度值快速准确地确定出加热对象的加热控制模式，进而利用确定出的加热控制模式确定出控制调节器的控制参数，按照控制参数调整控制调节器实现对加热对象的温度控制，从而提高了在温度控制过程中对控制调节器的控制参数进行整定的效率。
本申请实施例提供了一种基于控制调节器的温度控制方法，所述温度控制方法包括：
获取加热对象的预设温度值、初始温度值以及目标温度值，基于所述初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出所述加热对象的参考温度值；
基于所述目标温度值以及所述参考温度值确定出所述加热对象的加热控制模式，其中，所述加热对象的加热控制模式包括目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式；
基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，并根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制。
进一步的，通过以下步骤确定出所述加热对象的加热控制模式：
检测所述目标温度值与所述参考温度值之间的大小关系；
若所述目标温度值大于或等于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述目标加热控制模式；
若所述目标温度值小于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述全功率输出加热控制模式。
进一步的，所述加热对象处于所述全功率输出加热控制模式，所述基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，包括：
获取所述加热对象的升温斜率；
基于所述升温斜率确定出所述控制调节器的控制参数，其中，所述控制参数包括比例参数、积分参数以及微分系数。
进一步的，通过以下步骤获取加热对象的升温斜率：
基于所述全功率输出加热控制模式的阶跃响应确定出所述加热对象的第一温度值以及第二温度值；
基于所述第一温度值以及所述第二温度值确定出所述加热对象的升温斜率。
进一步的，所述基于所述升温斜率确定出所述控制调节器的控制参数，包括：
基于所述加热对象的滞后时间参数、所述升温斜率、稳态温度参数、第一温度值所处于的第一时间参数以及第二温度值所处于的第二时间参数，确定出第一温度值的第一目标参数以及第二温度值的第二目标参数；
基于所述第一目标参数以及所述第二目标参数确定出所述传递函数模型的滞后时间系数以及惯性时间参数；
基于所述滞后时间系数以及所述惯性时间参数确定出所述控制调节器的比例参数、积分参数以及微分系数。
进一步的，所述根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制，包括：
基于所述控制调节器的控制参数确定出所述控制调节器的输出控制量；
基于所述输出控制量确定出所述加热对象的输出占空比；
基于所述输出占空比调整针对所述加热对象的控制功率，并根据所述控制功率对所述加热对象进行温度控制。
本申请实施例还提供了一种基于控制调节器的温度控制装置，所述温度控制装置包括：
获取模块，用于获取加热对象的预设温度值、初始温度值以及目标温度值，基于所述初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出所述加热对象的参考温度值；
模式确定模块，用于基于所述目标温度值以及所述参考温度值确定出所述加热对象的加热控制模式，其中，所述加热对象的加热控制模式包括目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式；
温度控制模块，用于基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，并根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制。
进一步的，所述模式确定模块用于通过以下步骤确定出所述加热对象的加热控制模式：
检测所述目标温度值与所述参考温度值之间的大小关系；
若所述目标温度值大于或等于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述目标加热控制模式；
若所述目标温度值小于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述全功率输出加热控制模式。
本申请实施例还提供一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如上述的一种基于控制调节器的温度控制方法的步骤。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述的一种基于控制调节器的温度控制方法的步骤。
本申请提供了一种基于控制调节器的温度控制方法、装置及电子设备，所述温度控制方法包括：获取加热对象的预设温度值、初始温度值以及目标温度值，基于所述初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出所述加热对象的参考温度值；基于所述目标温度值以及所述参考温度值确定出所述加热对象的加热控制模式，其中，所述加热对象的加热控制模式包括目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式；基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，并根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制。
这样，通过利用目标温度值和参考温度值快速准确地确定出加热对象的加热控制模式，进而利用确定出的加热控制模式确定出控制调节器的控制参数，按照控制参数调整控制调节器实现对加热对象的温度控制，从而提高了在温度控制过程中对控制调节器的控制参数进行整定的效率以及准确性。
为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例所提供的一种基于控制调节器的温度控制方法的流程图；
图2为本申请实施例所提供的一种控制调节器的原理示意图；
图3为本申请实施例所提供的另一种基于控制调节器的温度控制方法的流程图；
图4为本申请实施例所提供的一种基于控制调节器的温度控制装置的结构示意图；
图5为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，本申请中的附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应当理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了使得本领域技术人员能够使用本申请内容，结合特定应用场景“通过控制调节器对加热对象进行控温”，给出以下实施方式，对于本领域技术人员来说，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用场景。
本申请实施例下述方法、装置、电子设备或计算机可读存储介质可以应用于任何需要进行对加热对象进行控温的场景，本申请实施例并不对具体的应用场景作限制，任何使用本申请实施例提供的一种基于控制调节器的温度控制方法、装置及电子设备的方案均在本申请保护范围内。
经研究发现，现阶段，大多数温控设备上常用的PID参数整定方法主要可以分三种，第一种是通过手动调节寻找PID控制器的参数，这种方法一般需要经验丰富的工程技术人员来完成，既耗时又耗力，加之实际系统千差万别，又有滞后、非线性等因素，使PID参数的整定有一定的难度。第二种方法是智能PID控制算法，比如基于专家控制经验的模糊PID控制技术以及基于神经网络、遗传算法的模糊复合控制技术等，由于其很多理论知识还处于试验研究阶段，致使实际应用于工业温控的相对较少。最后一种是基于继电反馈的PID参数整定算法，这种方法会导致对于PID参数确定不准确的技术问题，进而使得加热对象的控温效率降低，即对PID参数的确定方式进行优化是亟待解决的技术问题。
基于此，本申请实施例提供一种基于控制调节器的温度控制方法、装置及电子设备，通过利用目标温度值和参考温度值快速准确地确定出加热对象的加热控制模式，进而利用确定出的加热控制模式确定出控制调节器的控制参数，按照控制参数调整控制调节器实现对加热对象的温度控制，从而提高了在温度控制过程中对控制调节器的控制参数进行整定的效率以及准确性。
请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的一种基于控制调节器的温度控制方法的流程图。如图1所示，本申请实施例提供的温度控制方法，包括：
S101：获取加热对象的预设温度值、初始温度值以及目标温度值，基于所述初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出所述加热对象的参考温度值。
该步骤中，利用获取到的加热对象的预设温度值、初始温度值和预设时间点确定出加热对象的参考温度。
这里，对于加热对象的初始温度值的获取可以是通过温度采集装置获取的。
其中，预设时间点为控制调节器对加热对象进行目标加热控制模式的开始时间点。
这里，加热对象为在被加热的物体，如被加热的水、被加热的固体、或者是其他物体。预设温度值为预先设定好的加热对象的温度值，初始温度值为在对加热对象没有实施加热时的初始温度。目标温度值为对加热对象实施加热时利用温度采集装置实时获取到的温度值。
其中，预设温度值可以是依据历史温度数据进行设定的，也可以是利用专家经验进行设定的，此部分不限定预设温度值的设定方式。
其中，参考温度值为通过利用预设温度值与初始温度值的差值与预设时间点的乘积确定出来的，用于确定出加热对象的加热控制模式。
在具体实施例中，利用温度采集装置实时获取加热对象的目标温度值，在控制系统中预先设计好加热对象的预设温度值，和获取预设时间点，利用初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出加热对象的参考温度值，参考温度值对加热对象的加热控制模式进行判断。
S102：基于所述目标温度值以及所述参考温度值确定出所述加热对象的加热控制模式，其中，所述加热对象的加热控制模式包括目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式。
该步骤中，利用确定出来的参考温度值和目标温度值确定出加热对象的加热控制模式，这里，加热对象的加热控制模式有两种，一种为目标加热控制模式，另一种为全功率输出加热控制模式。
这里，目标加热控制模式为利用控制调节器的控制参数对加热对象进行输出控制，全功率输出加热控制模式为利用控制调节器对加热对象进行全功率输出控制。
这里，加热对象是处于两种加热控制模式之下，当PID参数的在进行参数整定的过程中加热对象是处于全功率输出加热模式之下，在辨识出加热对象的理想阶跃响应模型后，加热对象则处于目标加热控制模式(PID输出控制模式)。
在上述步骤中通过以下步骤确定出所述加热对象的加热控制模式：
A：检测所述目标温度值与所述参考温度值之间的大小关系。
其中，检测目标温度值和参考温度值之间的大小关系，用于确定出加热对象所处于的加热控制模式。
这里，目标温度值是实时采集到的加热对象的温度值，参考温度值是利用初始温度值、预设温度值和预设时间点确定出来的。
B：若所述目标温度值大于或等于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述目标加热控制模式。
其中，若目标温度值大于或者等于参考温度值则加热对象处于目标加热控制模式。
其中，目标加热控制模式为利用控制调节器的控制参数对加热对象进行输出控制。
C：若所述目标温度值小于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述全功率输出加热控制模式。
其中，若目标温度值小于参考温度值则加热对象处于全功率输出加热控制模式。
其中，全功率输出加热控制模式为利用控制调节器对加热对象进行全功率输出控制。
在具体实施例中，利用确定出的目标温度值和参考温度值的大小比较确定出加热对象处于的加热控制模式，若目标温度值小于参考温度值则加热对象处于全功率输出加热控制模式，若目标温度值大于参考温度值则加热对象处于目标加热控制模式，从而实现了准确的确定出加热对象所处于的加热控制模式。
S103：基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，并根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制。
该步骤中，在确定出加热对象的加热控制模式之后利用加热对象所处于的加热控制模式确定出控制调节器的控制参数，利用确定出的控制参数控制控制调节器对加热对象进行温度控制。
这里，控制调节器为PID控制器，PID控制器是工业温度控制过程中最常见的一种控制调节器，因其结构简单、容易实现，并且具有较强的鲁棒性，因而被广泛应用于各种工业控制之中。
这里，加热对象的加热控制模式有两种，是全输出功率加热模式和目标加热控制模式(PID输出控制模式)并用，加热对象首先是工作在全功率输出加热控制模式之下，当对控制调节器进行控制参数整定后切换为目标加热控制模式并保存控制参数。
所述加热对象处于所述全功率输出加热控制模式，所述基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，包括：
(1)：获取所述加热对象的升温斜率。
其中，在利用全功率输出加热控制模式对加热对象进行加热控制之后，获取在全功率输出加热控制模式下的加热对象的升温斜率，这里，可以在全功率输出加热控制模式下取两个温度值，根据该两个温度值确定出加热对象的升温斜率。
这里，通过以下步骤获取加热对象的升温斜率：
a：基于所述全功率输出加热控制模式的阶跃响应确定出所述加热对象的第一温度值以及第二温度值。
这里，在全功率输出加热控制模式的阶跃响应下获取加热对象的第一温度值和第二温度值，举例来讲，在阶跃响应中间段中选取两个温度值，分别为0.284(y1-y0)和0.632(y1-y0)，0.284(y1-y0)对应的时间为t0.284，0.632(y1-y0)对应的时间为t0.632，y0是初始温度值、y1为预设温度值。
b：基于所述第一温度值以及所述第二温度值确定出所述加热对象的升温斜率。
其中，利用第一温度值和第二温度值确定出加热对象的升温斜率，如利用第二温度值与第一温度值的差值除第二温度值所处于对应的时间与第一温度值对应的时间的差值确定的。也可以是，利用第一温度值与第二温度值的差值除第一温度值所处于对应的时间与第二温度值对应的时间的差值确定的，在本申请实施例中，不限定升温斜率的具体确定方法，只要保证升温斜率为正数即可。
举例来讲，在阶跃响应中间段中选取两个温度值分别为0.284(y1-y0)和0.632(y1-y0)，0.284(y1-y0)对应的时间为t0.284，0.632(y1-y0)对应的时间为t0.632，利用0.632(y1-y0)与0.284(y1-y0)的差值除t0.632与t0.284的差值确定出加热对象的升温斜率。
(2)基于所述升温斜率确定出所述控制调节器的控制参数，其中，所述控制参数包括比例参数、积分参数以及微分系数。
其中，根据升温斜率确定出控制调节器的控制参数，这里，控制调节器的控制参数包括比例参数、积分参数以及微分系数。
所述基于所述升温斜率确定出所述控制调节器的控制参数，包括：
I：基于所述加热对象的滞后时间参数、所述升温斜率、稳态温度参数、第一温度值所处于的第一时间参数以及第二温度值所处于的第二时间参数，确定出第一温度值的第一目标参数以及第二温度值的第二目标参数。
其中，利用加热对象的滞后时间参数、升温斜率、稳态温度参数、第一温度值所处于的第一时间参数以及第二温度值所处于的第二时间参数，确定出第一温度值的第一目标参数以及第二温度值的第二目标参数，这里，第一目标参数和第二目标参数是用于确定出加热对象的传递函数模型的滞后时间系数以及惯性时间参数。
其中，加热对象的滞后时间参数为加热对象从0℃滞加热的时间，稳态温度参数为加热对象最后升温达到的一个稳态值，这里可以设置为稳态温度参数为y(∞)。
这里，通过以下公式确定出第一温度值的第一目标参数以及第二温度值的第二目标参数：
Figure BDA0003325209630000121
其中，T1为第一目标参数，T2为第二目标参数，k为升温斜率，x为第一温度值所处于的第一时间参数，y为第二温度值所处于的第二时间参数，t0为滞后时间参数，y(∞)为稳态温度参数。
II：基于所述第一目标参数以及所述第二目标参数确定出传递函数模型的滞后时间系数以及惯性时间参数。
这里，通过利用第一目标参数以及第二目标参数确定出传递函数模型的滞后时间系数以及惯性时间参数。
其中，通过在基于辨识系统FOPDT模型的基础上，延伸出加热对象的理想阶跃响应模型，并且根据此理论模型辨识出一阶惯性加纯滞后的传递函数模型，这里在进行辨识过程中阶跃响应不一定正好具有负指数规律上升的曲线，所以可以采用一阶惯性加纯滞后环节的传递函数来近似，一般采用两点法来近似系统的一阶传递函数。如，可以选取两个坐标点(t1,y(t1))和(t2,y(t2))，这里，只要0，y(t1),(y(t2))三个值之间有明显的差异即可，其中，y(t1)为在t1时间下加热对象的温度值，y(t2)为在t2时间下加热对象的温度值。
其中，在绝大多数的工业过程控制中，虽然加热对象往往具有非线性、时变等特点，但在具体的控制系统设计时，往往可以使用一阶惯性加纯滞后模型来近似或等效表示，其加热对象的传递函数模型为：
Figure BDA0003325209630000131
其中，G(s)为加热对象的传递函数模型，K为加热对象模型的开环增益、τ为滞后时间系数，T为惯性时间参数，s为空间上的变量，这里，加热对象模型的开环增益为1。
这里，通过以下公式确定出滞后时间系数和惯性时间参数
Figure BDA0003325209630000132
其中，K为加热对象模型的开环增益、τ为滞后时间系数，T为惯性时间参数，T1为第一目标参数，T2为第二目标参数。这里，加热对象模型的开环增益为1。
III：基于所述传递函数模型的滞后时间系数以及所述惯性时间参数确定出所述控制调节器的比例参数、积分参数以及微分系数。
其中，根据Z-N经验公式结合传递函数模型的滞后时间系数以及惯性时间参数，从而确定出控制调节器的比例参数、积分参数、微分系数参数分别为：
Figure BDA0003325209630000141
其中，Kp为比例参数，Ti为积分参数，Td为微分参数。
在具体实施例中，当加热对象处于全功率输出加热控制模式下，利用全功率输出加热模式的阶跃响应确定出加热对象的第一温度值和第二温度值，利用第一温度值、第二温度值、第一温度值处于的时间以及第二温度值处于的时间确定出加热对象的升温斜率，在确定出加热对象的升温斜率之后，利用升温斜率结合加热对象的滞后时间参数、稳态温度参数、一温度值所处于的第一时间参数以及第二温度值所处于的第二时间参数确定出第一目标参数和第二目标参数，利用第一目标参数和第二目标参数确定出加热对象的传递函数模型的滞后时间系数以及惯性时间参数，然后利用递函数模型的滞后时间系数以及所述惯性时间参数确定出所述控制调节器的比例参数、积分参数以及微分系数，从而实现对控制调节器的参数整定的过程。
这里，所述根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制，包括：
i：基于所述控制调节器的控制参数确定出所述控制调节器的输出控制量。
其中，利用控调节器的控制参数确定出控制调节器的输出控制量。进一步的，请参阅图2，图2为本申请实施例所提供的一种控制调节器的原理示意图。如图2所示，主要由PID控制器和加热对象组成，PID控制器作为一种线性控制器，它根据设定值r(t)和实际输出值y(t)之间形成控制偏差e(t)，并将偏差按比例、积分和微分作用通过线性组合求出输出控制量u(t)，从而实现对加热对象的输出控制。这里，PID控制器根据设定值和实际输出值构成控制偏差，即：偏差e(t)＝r(t)-y(t)，则确定出PID控制器的时域微分方程为：
Figure BDA0003325209630000151
其中，Kp为比例参数，Ti为积分参数，Td为微分参数。
ii：基于所述输出控制量确定出所述加热对象的输出占空比。
其中，根据确定出得输出控制量确定出加热对象的输出占空比，这里，输出占空比是利用输出控制量进行转化确定出来的。
iii：基于所述输出占空比调整针对所述加热对象的控制功率，并根据所述控制功率对所述加热对象进行温度控制。
其中，根据输出占空比调整所述加热对象的控制功率，并根据控制功率对所述加热对象进行温度控制。这里也可以利用输占空比来控制固态继电器的通断，从而实现对加热对象的稳定控制。
在具体实施例中，利用获取到加热对象的预设温度值、初始温度值和预设时间点确定出加热对象的参考温度值，在确定出参考温度值之后，利用参考温度值和目标温度值确定出加热对象所处于的加热控制模式，加热控制模式有两种分别为目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式，使得加热对象在这两种加热控制模式下随意切换，当确定出加热对象的加热控制模式之后，利用加热对象所处于的全功率输出加热模式下确定出控制调节器的控制参数，使得控制调节器利用该控制参数对加热对象实现控温的过程。
在另一具体实施例中，请参阅图3为本申请实施例所提供的另一种基于控制调节器的温度控制方法的流程图。如图3所示，先在控制系统内预先设定好加热对象的预设温度值SP，实时采集加热对象的目标温度值PV和初始温度值y0，获取加热对象在进行目标加热控制模式的初始时间点t，利用加热对象在进行目标加热控制模式的初始时间点、预设温度值和初始温度值确定出参考温度值，比较参考温度值和目标温度值的大小，当目标温度值小于参考温度值时则控制调节器对加热对象进行全功率输出加热控制模式，当目标温度值等于参考温度值时确定出控制调节器的比例参数、积分参数以及微分系数，当目标温度值大于参考温度值时，开始对加热对象进行目标加热控制模式过程，并根据目标温度值与预设温度值的比较求出输出控制量，并转化成输出占空比来控制固态继电器的通断，从而实现对被控对象的稳定控制。
本申请提供了一种基于控制调节器的温度控制方法，所述温度控制方法包括：获取加热对象的预设温度值、初始温度值以及目标温度值，基于所述初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出所述加热对象的参考温度值；基于所述目标温度值以及所述参考温度值确定出所述加热对象的加热控制模式，其中，所述加热对象的加热控制模式包括目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式；基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，并根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制。
这样，通过利用目标温度值和参考温度值快速准确地确定出加热对象的加热控制模式，进而利用确定出的加热控制模式确定出控制调节器的控制参数，按照控制参数调整控制调节器实现对加热对象的温度控制，从而提高了在温度控制过程中对控制调节器的控制参数进行整定的效率以及准确性。
请参阅图4，图4为本申请实施例所提供的一种基于控制调节器的温度控制装置的结构示意图。如图4中所示，所述温度控制装置400包括：
获取模块410，用于获取加热对象的预设温度值、初始温度值以及目标温度值，基于所述初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出所述加热对象的参考温度值；
模式确定模块420，用于基于所述目标温度值以及所述参考温度值确定出所述加热对象的加热控制模式，其中，所述加热对象的加热控制模式包括目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式；
温度控制模块430，用于基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，并根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制。
进一步的，所述模式确定模块420用于通过以下步骤确定出所述加热对象的加热控制模式：
检测所述目标温度值与所述参考温度值之间的大小关系；
若所述目标温度值大于或等于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述目标加热控制模式；
若所述目标温度值小于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述全功率输出加热控制模式。
进一步的，所述加热对象处于所述全功率输出加热控制模式，所述温度控制模块430在用于基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数时，所述温度控制模块430还用于：
获取所述加热对象的升温斜率；
基于所述升温斜率确定出所述控制调节器的控制参数，其中，所述控制参数包括比例参数、积分参数以及微分系数。
进一步的，所述温度控制模块430用于通过以下步骤获取加热对象的升温斜率：
基于所述全功率输出加热控制模式的阶跃响应确定出所述加热对象的第一温度值以及第二温度值；
基于所述第一温度值以及所述第二温度值确定出所述加热对象的升温斜率。
进一步的，所述温度控制模块430在用于基于所述升温斜率确定出所述控制调节器的控制参数时，所述温度控制模块430还用于：
基于所述加热对象的滞后时间参数、所述升温斜率、稳态温度参数、第一温度值所处于的第一时间参数以及第二温度值所处于的第二时间参数，确定出第一温度值的第一目标参数以及第二温度值的第二目标参数；
基于所述第一目标参数以及所述第二目标参数确定出传递函数模型的滞后时间系数以及惯性时间参数；
基于所述传递函数模型的滞后时间系数以及所述惯性时间参数确定出所述控制调节器的比例参数、积分参数以及微分系数。
进一步的，所述温度控制模块430在用于根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制，所述温度控制模块430还用于：
基于所述控制调节器的控制参数确定出所述控制调节器的输出控制量；
基于所述输出控制量确定出所述加热对象的输出占空比；
基于所述输出占空比调整所述加热对象的控制功率，并根据所述控制功率对所述加热对象进行温度控制。
本申请实施例提供的一种基于控制调节器的温度控制装置，所述温度控制装置包括：获取模块，用于获取加热对象的预设温度值、初始温度值以及目标温度值，基于所述初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出所述加热对象的参考温度值；模式确定模块，用于基于所述目标温度值以及所述参考温度值确定出所述加热对象的加热控制模式，其中，所述加热对象的加热控制模式包括目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式；温度控制模块，用于基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，并根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制。
这样，通过利用目标温度值和参考温度值快速准确地确定出加热对象的加热控制模式，进而利用确定出的加热控制模式确定出控制调节器的控制参数，按照控制参数调整控制调节器实现对加热对象的温度控制，从而提高了在温度控制过程中对控制调节器的控制参数进行整定的效率以及准确性。
请参阅图5，图5为本申请实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。如图5中所示，所述电子设备500包括处理器510、存储器520和总线530。
所述存储器520存储有所述处理器510可执行的机器可读指令，当电子设备500运行时，所述处理器510与所述存储器520之间通过总线530通信，所述机器可读指令被所述处理器510执行时，可以执行如上述图1以及图3所示方法实施例中的一种基于控制调节器的温度控制方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时可以执行如上述图1以及图3所示方法实施例中的一种基于控制调节器的温度控制方法的步骤，具体实现方式可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种基于控制调节器的温度控制方法，其特征在于，所述温度控制方法包括：
获取加热对象的预设温度值、初始温度值以及目标温度值，基于所述初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出所述加热对象的参考温度值；
基于所述目标温度值以及所述参考温度值确定出所述加热对象的加热控制模式，其中，所述加热对象的加热控制模式包括目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式；
基于所述加热对象的加热控制模式下所述加热对象的升温斜率，确定出所述控制调节器的控制参数，并根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制；其中，所述加热控制模式包括全功率输出加热控制模式以及目标加热控制模式；
针对所述全功率输出加热控制模式，所述基于所述加热对象的加热控制模式下所述加热对象的升温斜率，确定出所述控制调节器的控制参数，包括：
基于所述加热对象的滞后时间参数、所述升温斜率、稳态温度参数、第一温度值所处于的第一时间参数以及第二温度值所处于的第二时间参数，确定出第一温度值的第一目标参数以及第二温度值的第二目标参数；
基于所述第一目标参数以及所述第二目标参数确定出传递函数模型的滞后时间系数以及惯性时间参数；
基于所述传递函数模型的滞后时间系数以及所述惯性时间参数确定出所述控制调节器的比例参数、积分参数以及微分系数；
其中，通过以下公式确定出第一温度值的第一目标参数以及第二温度值的第二目标参数：
Figure FDA0003791507940000021
其中，T1为所述第一目标参数，T2为所述第二目标参数，k为所述升温斜率，x为所述第一温度值所处于的第一时间参数，y为所述第二温度值所处于的第二时间参数，t0为所述滞后时间参数，y(∞)为所述稳态温度参数；
其中，通过以下公式确定出所述传递函数模型：
Figure FDA0003791507940000022
其中，G(s)为加热对象的传递函数模型，K为加热对象模型的开环增益、τ为所述滞后时间系数，T为所述惯性时间参数，s为空间上的变量；
其中，通过以下公式确定出所述滞后时间系数和所述惯性时间参数：
Figure FDA0003791507940000023
其中，K为加热对象模型的开环增益，τ为所述滞后时间系数，T为所述惯性时间参数，T1为所述第一目标参数，T2为所述第二目标参数。
2.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，通过以下步骤确定出所述加热对象的加热控制模式：
检测所述目标温度值与所述参考温度值之间的大小关系；
若所述目标温度值大于或等于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述目标加热控制模式；
若所述目标温度值小于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述全功率输出加热控制模式。
3.根据权利要求2所述的温度控制方法，其特征在于，所述加热对象处于所述全功率输出加热控制模式，所述基于所述加热对象的加热控制模式确定出所述控制调节器的控制参数，包括：
获取所述加热对象的升温斜率；
基于所述升温斜率确定出所述控制调节器的控制参数，其中，所述控制参数包括比例参数、积分参数以及微分系数。
4.根据权利要求3所述的温度控制方法，其特征在于，通过以下步骤获取加热对象的升温斜率：
基于所述全功率输出加热控制模式的阶跃响应确定出所述加热对象的第一温度值以及第二温度值；
基于所述第一温度值以及所述第二温度值确定出所述加热对象的升温斜率。
5.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，所述根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制，包括：
基于所述控制调节器的控制参数确定出所述控制调节器的输出控制量；
基于所述输出控制量确定出所述加热对象的输出占空比；
基于所述输出占空比调整所述加热对象的控制功率，并根据所述控制功率对所述加热对象进行温度控制。
6.一种基于控制调节器的温度控制装置，其特征在于，所述温度控制装置包括：
获取模块，用于获取加热对象的预设温度值、初始温度值以及目标温度值，基于所述初始温度值、所述预设温度值以及预设时间点确定出所述加热对象的参考温度值；
模式确定模块，用于基于所述目标温度值以及所述参考温度值确定出所述加热对象的加热控制模式，其中，所述加热对象的加热控制模式包括目标加热控制模式以及全功率输出加热控制模式；
温度控制模块，用于基于所述加热对象的加热控制模式下所述加热对象的升温斜率，确定出所述控制调节器的控制参数，并根据所述控制调节器的控制参数控制所述控制调节器对所述加热对象进行温度控制；其中，所述加热控制模式包括全功率输出加热控制模式以及目标加热控制模式；
所述温度控制模块，用于针对所述全功率输出加热控制模式，所述基于所述加热对象的加热控制模式下所述加热对象的升温斜率，确定出所述控制调节器的控制参数，包括：
基于所述加热对象的滞后时间参数、所述升温斜率、稳态温度参数、第一温度值所处于的第一时间参数以及第二温度值所处于的第二时间参数，确定出第一温度值的第一目标参数以及第二温度值的第二目标参数；
基于所述第一目标参数以及所述第二目标参数确定出传递函数模型的滞后时间系数以及惯性时间参数；
基于所述传递函数模型的滞后时间系数以及所述惯性时间参数确定出所述控制调节器的比例参数、积分参数以及微分系数；
其中，通过以下公式确定出第一温度值的第一目标参数以及第二温度值的第二目标参数：
Figure FDA0003791507940000054
其中，T1为所述第一目标参数，T2为所述第二目标参数，k为所述升温斜率，x为所述第一温度值所处于的第一时间参数，y为所述第二温度值所处于的第二时间参数，t0为所述滞后时间参数，y(∞)为所述稳态温度参数；
其中，通过以下公式确定出所述传递函数模型：
Figure FDA0003791507940000052
其中，G(s)为加热对象的传递函数模型，K为加热对象模型的开环增益、τ为所述滞后时间系数，T为所述惯性时间参数，s为空间上的变量；
其中，通过以下公式确定出所述滞后时间系数和所述惯性时间参数：
Figure FDA0003791507940000053
其中，K为加热对象模型的开环增益，τ为所述滞后时间系数，T为所述惯性时间参数，T1为所述第一目标参数，T2为所述第二目标参数。
7.根据权利要求6所述的温度控制装置，其特征在于，所述模式确定模块用于通过以下步骤确定出所述加热对象的加热控制模式：
检测所述目标温度值与所述参考温度值之间的大小关系；
若所述目标温度值大于或等于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述目标加热控制模式；
若所述目标温度值小于所述参考温度值，则所述加热对象处于所述全功率输出加热控制模式。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过所述总线进行通信，所述机器可读指令被所述处理器运行时执行如权利要求1至5任一所述的一种基于控制调节器的温度控制方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至5任一所述的一种基于控制调节器的温度控制方法的步骤。
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