CN114009843A - 加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法及系统，首先，通过温度传感器检测外部环境温度、器具机身温度、受热发烟基体温度,通过流量传感器检测由外部进入器具的外部空气流量、混合烟气流量以及流速,根据获得的相关数据,数据包括外部环境温度或机身温度、发烟基体的最佳温度、加热时间(τ)、发烟基体质量m、比热容c、加热管导热系数λ，计算本次加热所需的热量，确定加热功率；其次，系统加热快慢的调节通过PID模块进行控制，通过设定的Kp，Kd，Ki值设定，使加热时间和温度曲线处于设定范围内。
Description
技术领域
本发明涉及一种加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法及系统，具体地是在加热不燃烧器具的温度控制过程中，温度控制系统能够自适应的调整控制参数，使加热不燃烧器具保持合理的温度范围，保证抽吸者的抽吸体验，减少不必要的功耗，提高器具的使用寿命。
背景技术
目前的加热非燃烧器具加热过程中，没有考虑环境的变化(环境温度、湿度)、多次抽吸导致器具本身的温度变化、发烟基体比热容、加热体的传热系数等因素的影响，温度控制系统的控制参数基本上保持一个经验常数，如PID控制算法中Kp设为300，Ki设为 3000-8000之间的常数，Kd没有进行控制，由于温度控制系统加热时温度具有惯性和时滞的时变非线性特性，导致温度控制系统温度控制不准确(温度偏差较大)、加热时间不准确 (时间过短导致发烟基体没有充分受热，过长导致出现焦糊味)、发烟基体受热分解后成分差异性大等问题。
CN201910453766.8一种电子烟的加热方法，其加热温度太高，产生大量有害气体，使得烟气香味丧失，能耗大。建模不合理。CN201510894747.0电子烟及其加热雾化控制方法， CN201610358924.8电子烟及其吸烟方法其燃烧CN202011383356.X一种电子烟的加热控制方法及电子烟，无法解决温度与时间问题，温度高，建模不合理，能耗大，参数引进不合理。
发明内容
本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法及系统。为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：本发明通过检测加热体的温度，将外部环境变量、器具本身的变量，加入到温度控制系统的控制过程中，调整温度控制系统的加热时间，从而达到温度控制准确、加热时间可控、发烟基体受热均衡，从而保证消费者的抽吸体验。
综上所述，本发明的优点和有益效果是：通过建立分段线性回归模型，温度控制系统能够根据外部环境变化自适应调整控制参数(Kp,Kd,Ki)。建立模型树时，通过数据降维方法，筛选出和PID控制参数密切相关的参数指标，使建立的模型树的泛化能力更强。温度控制系统通过检测模块检测温度、流量、电流、电阻、时间等相关参数；利用建立的分段线性回归模型调整控制模块PID的控制参数，使加热不燃烧器具保持合理的温度范围，温度波动范围不大于5℃。针对外部环境参数的变化，选择相应的加热功率，使温度过冲问题大大降低，保证加热时间的一致性。使发烟基体中的化学成分处于可控的范围，保证抽吸者的抽吸体验。可以减少不必要的能耗，延长器具可加热时间，提高器具的使用寿命。通过应用此类预测方法所建立的预测系统，可以解决现有系统中因IF-ELSE语句判断造成人为划分区段所造成的人为影响，可以对外部参数进行自适应，该方法所建立的相关性模型直观、清晰。
附图说明
图1是流程示意图。图2是框图。图3是曲线图。图4是kp参数求解示意图。图5是 Ki参数求解示意图。图6是Kd参数求解示意图。图7是详细框图。图8是本发明的充电模块示意图。图9是主控制示意图。图10是震动马达采集电路示意图。图11是加热管温度采集电路示意图。图12是电池温度采集电路示意图。图13是USB管理电路示意图。图14是输出电流采集电路示意图。图15是电池电压采集电路示意图。图16是输出电压采集电路示意图。图17是MCU电路示意图。图18是屏蔽电路示意图。图19是USB电源管理电路示意图。图20是唤醒电路示意图。图21是开关电路示意图。图22是接口电路示意图。图23是MOS管电路示意图。图24是指示灯电路示意图。图25是器具使用结构示意图。图26是器具侧部结构示意图。图27是滑动开关内部.结构示意图。图28是开关内部立体结构示意图。
具体实施方式
如图1-28，本发明涉及一种电加热不燃烧器具自适应温度控制的系统及方法。通过检测外部环境参数及器具机身参数，该温度控制系统可以根据这些参数的变化，自动修改温度控制模块的控制参数，调整温度控制系统的输出功率大小、温度升降快慢、加热时间长短、发烟基体的吸收热量大小，从而使发烟基体中的化学物质能够均匀的、合理的得到释放，使消费者获得良好的抽吸体验。
该温度控制系统可以通过温度传感器检测外部环境温度、器具机身温度、发烟基体温度等,通过流量传感器检测由外部进入器具的外部空气流量、混合烟气流量以及流速等。温度传感器包括热电偶、电阻式、红外传感器。
S1,输入采集信息：首先，温度控制系统采集信息包括外部环境温度TAir、机身温度TMachine、发烟基体的最佳温度TTobacco、加热时间τ、发烟基体质量m、比热容c、加热体导热系数λ；然后，计算本次加热所需的热量Q；
Q＝mc(t2-t1)式(1)；其中：Q:本次加热热量，m:发烟基体质量，c:发烟基体比热容，t2:设定的发烟基体最佳温度，t1：机身温度；
其次，为保证每次加热时间保持稳定，增加抽吸体验一致性，根据外部环境温度、器具机身温度，确定加热功率；P＝Q/τ＝UI＝I2R式(2)；其中P为加热功率，U为电压，I 为电流，R为加热电阻，τ；为加热时间；
当外部环境温度较低时(如北方冬季-30℃)，加大加热功率；当外部环境温度较高时(如南方夏季30℃)，降低加热功率，以保持加热时间的稳定；当第一次加热时，机身温度跟环境温度一致，根据式(2)加大加热功率；当多次加热时，使得机身温度远远高于环境温度直到设定阈值，机身靠近加热腔的温度可达90℃，根据式(1)、式(2)可以降低加热功率；
S2，通过构造M5’模型树，设置PID模块参数调整模型，以对系统加热快慢进行调节，使加热时间和温度曲线处于M5’模型的设定范围；
选择比例系数Kp，积分系数Kd，微分系数Ki值，其中，
u(k)：PID模块k时刻的输出值，e(k)：PID模块k时刻的误差，e(k-1)：k- 1时刻的误差；
S3，基于S2的参数，根据PID模块的控制参数建模，温度控制系统自动调整PID模块的控制参数Kp,Kd,Ki，从而实现对外输出功率的自动调整，对器具进行加热，达到控制均衡的目的；
S3.1，本发明通过构造M5’模型树的方法，建立外部环境参数、器具机身参数及PID模块的控制参数的分段线性回归方程，实现所述温度控制参数自适应调整的方法；其中，引入量：采集数据包括外部环境参数、器具机身参数、发烟基体参数、气体流速、流量、温度、压力数据；输出量：控制参数Kp、Kd及Ki；外部环境参数包括环境温度、相对湿度；器具机身参数包括机身温度、加热体导热率、加热体几何尺寸；几何尺寸如圆周、长度；发烟基体参数包括发烟基体密度、热扩散率；外部参数数据包括环境温度、机身温度、电路电阻、材料传热系数、材料密度等指标参数；
S3.2，通过M5’模型树模型；
S3.3，检测评定外部参数数据及温度控制系统控制参数Kp,Kd,Ki，并将所得数据记录建立标准样本数据集；
标准样本数据集中每一行样本表示为，(xi1 xi2 xi3…xim yi1 yi2 yi3),其中 xij表示第i个样本的第j个属性的值，yi1,yi2,yi3表示第i个样本的目标值，也即Kp,Kd,Ki 三个参数；
S3.4，进行数据降维：
对S3.3中的标准样本数据集进行数据降维，降维方法包括主成分分析方法，筛选出和数据集密切相关的指标集；
S3.5，对S3.4的指标集进行处理；
S3.5.1.对所有的样本进行中心化
S3.5.2.计算样本的协方差矩阵
S3.5.3.求出协方差矩阵的特征值及对应的特征向量；
S3.5.4.将特征向量按对应特征值大小从上到下按行排列成矩阵，取前k行组成矩阵P
S3.5.5.
即为降维到k维后的数据；
数据降维的优点是：通过数据维度不断降低，数据存储所需的空间也会随之减少，低维数据有助于减少计算/训练用时。一些算法在高维度数据上容易表现不佳，降维可提高算法可用性。
在S2中，在构造M5’基本模型树中，执行以下步骤；
S2.1，根据方差最小的原则，选择分裂属性和分裂值，由根节点递归地建立基本的决策树；计算方差的公式如下：
式中：T为总样本空间，其样本数为|T|，T被劈为2个子空间，分别为T1、T2，样本数为|T1|、|T2|，sd(T1)、sd(T2)为劈分为2个子空间的目标属性标准差；
S2.2，进行模型树剪枝：首先，对S2.1中，基本的决策树从叶节点递归地由下到上进行剪枝，以防止过拟合，直到到达根节点；然后，如果内部节点的线性模型的预测误差不低于此节点的子树的预测误差，则将此内部节点变为一个包含线性模型的叶节点，否则该节点的子树保留；其次，在剪枝时，通过计算内部节点的预测误差和叶子节点的预测误差大小来判断节点是否保留，预测误差的计算公式：
Er＝|N|Rmse-|N1|Rmse1-|N2|Rmse2； 式(10)
式中：Rmse为该节点预测的均方根误差；Rmse1，Rmse2为该节点劈分后左右子节点预测的均方根误差；
S2.3，首先，采用平滑过程降低由样本量少于设定量所造成的模型分段点处的非线性；然后，将内部节点的线性模型合并到叶节点的模型中；其次，执行节点平滑的方法：
式中：fp为叶子上级父节点回归方程，fc为叶子节点的回归方程，n为到达本叶子节点的训练样本数目，k为一个常数,通常取值15，fn为合并的回归方程；
S2.4，在预测时，当样本从树的根节点到达某叶节点时，仅用叶节点的线性模型预测输出；
S2.5，针对控制参数Kp、Kd及Ki，重复执行步骤S2，得到所有外部参数数据与温度控制系统控制参数Kp、Kd及Ki之间的分段线性模型；其中，
S2.5.1，针对Kp参数的决策树，
进行一级判断，
当机身温度<＝47.5℃时，进行二级判断，
当机身温度<＝27.5℃时，LM1，24/48.084％；
当机身温度>27.5℃时，进行三级判断，
当机身温度<＝42.5℃时，LM2，27/28.689％；当机身温度>42.5℃时，LM3， 11/53.075％；
当机身温度>47.5℃时，进行二级判断，当机身温度<＝77.5℃，LM4，50/17.105％；当机身温度>77.5℃时，LM5，80/8.387％；其中，
LM num:1，
Kp＝1.2253*环境温度-5.6277*机身温度
+0.1721*导热系数-0.0078*密度+408.3762；
LM num:2，
Kp＝2.9943*环境温度-9.439*机身温度-0.1755*比热容
+0.141*导热系数-0.0078*密度+858.8356；
LM num:3，
Kp＝3.9436*环境温度-12.456*机身温度-0.1308*比热容
+0.1016*导热系数-0.0078*密度+923.9457；
LM num:4，
Kp＝-1.4637*机身温度+0.0971*比热容+0.0792*导热系数
-0.0041*密度+34.8855；
LM num:5，
Kp＝0.2276*环境温度-1.9544*机身温度+0.0617*比热容
+0.0597*导热系数-0.0041*密度+119.4404；
S2.5.2，Ki参数的决策树:
进行一级判断，
当机身温度<＝55时，LM1，72/57.3％；
机身温度>55时，进行二级判断，当机身温度<＝77.5时，LM2，40/29.042％；当机身温度>77.5时，LM3，80/24.224％；
其中，
LM num:1，
Ki＝22.0695*环境温度-43.9875*机身温度+0.0387*密度
+4068.3136；
LM num:2，
Ki＝13.9094*环境温度-6.614*机身温度
-0.2124*导热系数+0.0939*密度+2482.4934；
LM num:3，
Ki＝7.7421*环境温度-8.8035*机身温度
+0.3242*密度+1392.9161；
S2.5.3，Kd参数的决策树:
进行一级判断；当机身温度<＝55时，LM1，72/37.263％；
当机身温度>55时，进行二级判断；机身温度<＝77.5，LM2，40/13.791％；当机身温度>77.5:LM3，80/10.237％；
其中，
LM num:1，
Kd＝0.9526*环境温度-5.3935*机身温度
+0.1011*导热系数+188.5206；
LM num:2，
Kd＝0.377*环境温度-0.9483*机身温度
+0.0488*导热系数+65.9846；
LM num:3，
Kd＝-0.9543*机身温度+0.0235*导热系数+114.4939。
如图1，温度控制系统利用以上建立的分段线性模型，检测外部参数数据，同时检测加热部件的温度，计算PID控制模块的控制参数，计算加热不同时刻的电流、电压、电阻，对器具进行加热，进行温度控制，使得在合适的时间内升高到合适的温度。以上参数监测、调节通过编程并固化在温度控制系统中，从而实现精准的温度控制。
本发明通过检测外部环境参数及器具机身参数，该温度控制系统可以根据这些参数的变化，自动修改温度控制模块的控制参数，根据外部环境参数、器具机身参数数据的范围，利用生成的决策树模型，计算控制参数值Kp、Kd、Ki，并根据公式
计算系统的电流输出，从而控制系统的输出功率，从而控制温度升降快慢、加热时间长短、受热发烟基体的吸收热量大小，从而使受热发烟基体中的化学物质能够均匀的、合理的得到释放，使器具抽吸人员获得良好的抽吸体验。
系统工作阶段可分为3个阶段，第一阶段，温度快速升高阶段，当发热基体温度在从设定的环境温度到190℃时，控制Kp、Kd、Ki参数大小，使系统输出电流增到设定电流上限，达到快速升温的目的；第二阶段：温度缓升阶段，即当检测到发热基体温度低于目标温度15℃时且高于190℃时，该阶段根据实时检测的外部环境参数、器具机身参数数据，实时调整Kp、Kd、Ki参数大小，降低第一阶段的输出电流；第三阶段，温度保持阶段，当发热基体温度达到目标温度时，实时调整Kp、Kd、Ki参数大小，从而使温度保持稳定，温度波动范围<5℃；环境温度传感器采集的环境温度。在第一阶段中，系统输出电流增大不得超过电流上限；电流上限为范围5A-10A；优选6A。在第一阶段中，系统输出电流增大不得超过电流上限；电流上限为范围5A-10A；第一温度范围170℃到220℃；第一温度为190℃；
通过构造M5’模型树的方法，建立外部环境参数及器具机身参数等和PID模块的控制参数的线性回归方程，实现所述温度控制参数自适应调整模型。
在构造M5’模型树时，首先对样本数据进行降维，通过降维方法筛选出和PID控制参数密切相关的参数指标，使建立的模型树的泛化能力更强。
该温度控制系统可以通过温度传感器(热电偶、电阻式、红外传感器)等检测外部环境温度、器具机身温度、受热发烟基体温度等,通过流量传感器检测由外部进入器具的外部空气流量、混合烟气流量以及流速等。温度控制系统根据获得的相关数据如外部环境温度或机身温度、发烟基体的最佳温度、加热时间(τ)、发烟基体质量(m)、比热容(c)、加热管导热系数(λ)等，计算本次加热所需的热量，确定加热功率。为保证每次加热时间一致性，增加抽吸者的熟悉度，根据外部环境温度、器具机身温度，确定加热功率。系统加热快慢的调节通过PID模块进行控制，通过合理的Kp，Kd，Ki值设定，使加热时间和温度曲线处于合理的设定。
温度控制系统利用自适应模型，可以适时调整PID控制模块的控制参数；温度控制系统自适应外部环境的变化，自动调整加热功率，改变升温速度，在规定的时间内进行加热，避免过分加热或加热不够。
如图1-28，本发明提供了一种能够调节电热丝温度，避免电热丝在温度过高时雾化烟弹而产生有毒物质的电子烟控制电路以及电子烟。
电子烟包括电源、电子烟控制电路、进行加热功率转换的供能模块、发热元件、电源管理模块、供电模块，状态显示模块、电流检测模块、电压检测模块、震动提示单元及唤醒按键单元；感温模块包括分别用于采集器具所处环境温度及加热管温度的温度传感器；
电源，用于提供电能给各单元模块；
电源管理模块包括集成电路U4；集成电路U4脚2接VBus通道，电容C1接地；
集成电路U4通过脚11接电阻R10接正电源，脚12通过ACOK通道接正电源，脚3 通过电容C3-1接地，通过电阻R9接脚13，脚13接热敏电阻RT10K接地，脚6通过电阻 R8接地，脚8接地，脚16接地，脚1与脚15通过串联的电阻R2及电容C2；脚1通过电感L3接脚10；脚10通过电阻R3接VBat；脚9分别接VBat及电容C3；脚14通过电容 C2-1接地；脚5通过电阻R4接地；
在图3中，集成电路U2通过脚1下拉滤波电容接电源输入端，通过脚3接电阻R13_11和Q101的PMOS管漏极，PMOS的栅极接R13_1，从而和MCU连接，MCU通过发送信号从而打开或者关闭Q101的源级，从而达到控制后段电源供电；
震动提示单元，VBat通过电阻R1接蜂鸣器BEEP的P端，VBat反接二极管D-1接蜂鸣器BEEP的G端；蜂鸣器BEEP的P端接三极管Q1集电极，三极管Q1基极通过电阻 R5-1接端BEEP，在基极与发射极间有电阻R5，发射极接地；
电池温度采集，电阻R101一端接正电源，电阻R101另一端通过并联的电容C401及热敏RT2接地，电阻R101另一端接TBoard ADC1通道和Mcu相连接；
Type-c，脚A1接地，脚A4接VBus，脚A5通过电阻R39接地且直接接CC1；脚A6 接SCLK通道；脚A7接SWD通道；脚A7通过电阻R39接MCU；脚A8通过电阻R39分别通过电容ESD3接地且另接RX通道；脚A9接通道VBus,脚A12接地；脚B12接地，脚 B9接Bus,脚B8通过电阻R40-11接TX通道；脚B7接SWD通道；脚B5分别通过电容R40-12 接地且通过电容ESD2接地且接CC2通道；脚B6分别通过电容ESD4接地，电阻R40接地，通过SCLK通道外接；
控制单元MCU的集成电路U6，脚4接NETS通道，脚6接weak up通道，脚7接Chgok, 脚8接CH2，脚9接Enable，脚10接ACOK通道，脚13接VBat ADC，脚14接AtomADC, 脚15接TBoardADC,脚18接pow1，脚19接TX，脚20接RX，脚21接Q3，脚23接 SWDIO/PA13，脚24接SWCLK/PA14，脚25-30、32分别接Q1、Q2、Atom A、Q6、Q7、 PMOS2.8、beep；
电子烟控制电路包括MCU控制单元5、作为信息采集模块的感温模块7及供能检测模块7；
MCU控制单元分别与感温模块、供能模块连接、电源管理模块电连接，根据电源管理模块的检测外接电源供电情况进行反馈，用于根据温度值及电能信息进行计算；
感温模块、供能检测模块还分别与发热元件电连接；
感温模块，用于检测发热元件的温度，并将检测的温度值发送至MCU控制单元；
供能检测模块，输入端电连接电源且电连接发热元件，用于检测电源向发热元件提供的电能，并将检测的电能信息发送至MCU控制单元；
供能检测模块，用于检测电源输出的电流脉冲的强度和电压的压降关系。
电源，利用频率变化的电流脉冲向发热元件供电；
电流检测模块、电压检测模块分别连接于电源与发热元件之间，电流检测模块、电压检测模块用于检测电源输出的电流脉冲的强度和电压在不同温度情况下的压降变化。
如图17，供能模块，采用功率转换MOS管驱动，其包括电阻R34、R36、R38，MOS 管Q5、Q7；MOS管Q5的脚3接正极端，脚5通过ATOM OUT-A给发热元件的正极端供电；在脚3与脚4之间电连接电阻R34；
MOS管Q5的脚4接MOS管Q7的脚2，MOS管Q7的脚1通过电阻R36接ATOMA，在MOS管Q7的脚1通过电阻R38接地，MOS管的脚3接地；
控制逻辑：atom_A通过高低电平导通MOS管Q7，控制MOS管Q5的功率MOS导通电源给加热管供电。
感温模块与发热元件并联使用；
感温模块包括第二电阻R6、电容C4及作为热敏电阻的第三电阻RT1；第二电阻R6的一端连接发热元件的正极端，第二电阻R6的另一端连接第三电阻RT1的一端；
第三电阻RT1的另一端与发热元件的负极端共同连接电源的负极；第二电阻R6与第三电阻RT1的公共端通过TBoard ADC与MCU控制单元连接。
.电源利用频率的电流脉冲向发热元件供电；
电流检测、电压模块连接于电源与发热元件之间，且供能检测模块用于检测电源输出的电流脉冲的强度。
输出电流采集电路包括电阻R11、R12、R15、R16、R18，电容C7、C11，集成电路 U3；
集成电路U3，脚1通过电阻R11接地，脚3接电源，脚5接电阻R16接入VOUT，脚 4接VBat；
VBat通过电阻R13后，通过并联电阻R17及电容C12接地；
VOUT通过电阻R14后，通过并联电阻R19及电容C14接地；
屏蔽电路，VBus接并联的电阻RU29、电容CU102的一端，其另一端通过RU30接地；
指示电路，包括三极管Q10，三极管Q10集电极通过电阻R53-1及D3接电压，基极通过电阻R51-1接Q1，发射极接地；
第二滤波电容，第一电阻，第二电阻，第一MOS管，其中第一电阻一端和MCU控制单元连接，另一端和第一MOS管连接，控制单元通过第一MOS管关断其它供电部分(其它供电包含：感温单元供电，电流检测单元等)；
如图12-15，唤醒按键单元模块包含第一电阻RU36、第二电阻RU37、第一MOS管Q102、第三电阻RU31、第一二极管D_3、第二二极管D_4、第四电阻RU29、第一按键 POWER1、第一电容C102；
其中，第一二极管D_3与第二二极管D_4一端和控制单元MCU的weak up通道电连接，第二二极管D_4的另一端接输入信号USB_IN和第一二极管D_3的另一端接POW1 信号，weak up通道通过第三电阻RU31接地；
其中，RU36一端通过ACOK端与电源管理单元相连接，第一MOS管Q102脚1分别接RU36一端另一端，另外，通过第二电阻RU37接入电源；脚2接电源，脚3接USB_IN；
当ACOK有高电平信号，则导通第一MOS管Q102，第一MOS管Q102导通第二二极管D_4，唤醒控制单元MCU；
第一按键POWER1一端接电源，另一端通过第四电阻RU29接地，还通过pow1接第一二极管D_3；第一按键POWER1旁接第一电容C102；
其中POW1通过按压等物理按键方式导通第一二极管D_3，唤醒控制单元。
本发明包括壳体1、加热管3及电路组件2；
加热管3设置于壳体1中，其一端通过控制开关4与电路组件2电连接；控制开关4可以使得加热管3与电路组件2分离断电和/或闭合导通通电，控制开关在壳体1可上下滑动、摆动、按动或旋转连接；
当采用滑动连接，壳体1具有滑槽101；
控制开关4包括在滑槽101中滑动的推手401、连接部402及连接块403，连接部402位于中间，一端用于连接连接块403，一端用于连接推手401，连接块403用于与加热管3 电连接；连接部402用于与电路组件2电连接；
作为物理开关，推手401、连接部402及连接块403，任一部件均可与其他部件实现物理上的电连接与电断开；优选，连接部402在推手401的带动下，相对于连接块403电连接或电断开，加热管3滑动分离时，软件根据连接信号状态判断机器关机情况。
电路组件2包括MCU，采用ZLG116N32A、加热管温度采集模块及输出电流采集模块、加热电路；
加热管温度采集模块,分压电阻R6、温度传感器RT1及旁接电容C4；电源通过分压电阻R6后分两路，一路通过TBoard ADC通道输出给MCU，一端通过并联的分压电阻R6及温度传感器RT1接地；温度传感器RT1采集加热管的温度变化，而引起TBoard ADC输入端电压变化，从而将该电压值输出给MCU，以对加热温度的采集控制；
输出电流采集模块包括集成电路U3、安全电阻R11、Current ADC通道、电阻R12、安全电容C11、电阻R15、R16，采样电阻R18、电阻R22及电感L2；
在集成电路U3中，脚1通过安全电阻R11接地，脚2接地，脚3分别接电源且通过安全电容C11接地，脚6通过Current ADC通道接MCU且通过电阻R12接地；采样电阻R18 输入端分别接电源VBat及通过电阻R15接脚4，其输出端分别接Vout通道及电阻R16接脚5，在脚4、5之间接电容C7；
电阻R22两端接地，电感L2两端分别接电源；
输出电流采集模块通过集成电路U3采用加热供电电路VBAT与Vout之间采样电阻R18 的电压变化，从而对加热电流进行采集监控并反馈给MCU。
加热电路包括Atom A通道、电阻R36、R38、R34,三极管Q7及MOS管Q5；其中， Atom A通道与MCU通过控制开关控制通断，Atom A通道通过电阻R36接三极管Q7基极，基极通过电阻R38接地且发射极接地，
端口VOUT分别接MOS管Q5脚3及电阻R34一端，电阻R34另一端及MOS管脚4 接三极管Q7集电极，MOS管Q5脚5输出Atom OUT A通道；Atom OUT A通道通过位于加热管的电热电阻RsA接地；
当ATOMA通电，三极管Q7基极接电，控制MOS管Q5通断，MOS管Q5控制Vout 端与电热电阻RsA的通断；从而实现对加热的控制。
Claims (8)
1.一种加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法，其特征在于：首先，通过温度传感器检测外部环境温度、器具机身温度、受热发烟基体温度,通过流量传感器检测由外部进入器具的外部空气流量、混合烟气流量以及流速,根据获得的相关数据,数据包括外部环境温度或机身温度、发烟基体的最佳温度、加热时间(τ)、发烟基体质量m、比热容c、加热管导热系数λ，计算本次加热所需的热量，确定加热功率；其次，系统加热快慢的调节通过PID模块进行控制，通过设定的Kp，Kd，Ki值设定，使加热时间和温度曲线处于设定范围内；
其加热至少分为三个阶段；
第一阶段，温度快速升高阶段，当发热基体温度在从环境温度传感器采集的环境温度加热到第一温度时，控制Kp、Kd、Ki参数大小，使系统输出电流增大，达到快速升温的目的；
第二阶段：温度缓升阶段，即当检测到发热基体温度低于目标温度15℃时且高于190℃时，该阶段根据实时检测的外部环境参数、器具机身参数数据，实时调整Kp、Kd、Ki参数大小，降低第一阶段的输出电流；
第三阶段，温度保持阶段，当发热基体温度达到目标温度时，实时调整Kp、Kd、Ki参数大小，从而使温度保持稳定，温度波动范围<5℃；
其中，通过构造M5’模型树的方法，建立外部环境参数及器具机身参数及PID模块的控制参数的线性回归方程，实现所述温度控制参数自适应调整模型；在构造M5’模型树时，首先对样本数据进行降维，通过降维方法筛选出和PID控制参数密切相关的参数指标，使建立的模型树的泛化能力增强。
2.一种加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法，其特征在于：
在第一阶段中，系统输出电流增大不得超过电流上限；电流上限为范围5A-10A；
第一温度范围170℃到220℃；
借助于温度传感器检测外部环境温度、器具机身温度、发烟基体温度,通过流量传感器检测由外部进入器具的外部空气流量、混合烟气流量以及流速；
S1,输入采集信息：首先，温度控制系统采集信息包括外部环境温度TAir、机身温度TMachine、发烟基体的最佳温度TTobacco、加热时间τ、发烟基体质量m、比热容c、加热体导热系数λ；然后，根据外部环境温度、器具机身温度，确定加热功率；
Q＝mc(t2-t1) 式(2)；
其次，计算本次加热所需的热量Q，确定加热功率P；
p＝Q/τ＝UI＝I2R 式(1)；
其中P为加热功率，U为电压，I为电流，R为加热电阻；
其中：Q:本次加热热量，m:发烟基体质量，c:发烟基体比热容，t2:设定的发烟基体最佳温度，t1：机身温度；
当外部环境温度设定温度时，加大加热功率；当外部环境温度高于设定温度时，降低加热功率，以保持加热时间的稳定；当第一次加热时，机身温度跟环境温度一致，根据式(2)加大加热功率；当多次加热时，使得机身温度高于环境温度直到设定阈值，机身靠近加热腔的温度可达90℃，根据式(1)、式(2)可以降低加热功率；
S2，通过构造M5’模型树，设置PID模块，以对系统加热快慢进行调节，为了使加热时间和温度曲线处于M5’模型的设定范围；
选择比例系数Kp，积分系数Kd，微分系数Ki值，其中，u(k)：PID模块k时刻的输出值，e(k)：PID模块k时刻的误差，e(k-1)：k-1时刻的误差；
S3，基于S2的参数，根据PID模块的控制参数建模，温度控制系统自动调整PID模块的控制参数Kp,Kd,Ki对器具进行加热，达到控制均衡的目的。
3.根据权利要求2所述的加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法，其特征在于：在步骤S3中，
S3.1，通过构造M5’模型树的方法，建立外部环境参数、器具机身参数及PID模块的控制参数的分段线性回归方程，实现所述温度控制参数自适应调整的方法；其中，引入量：采集数据包括外部环境参数、器具机身参数、发烟基体参数、气体流速、流量、温度、压力数据；输出量：控制参数Kp、Kd及Ki；外部环境参数包括环境温度、相对湿度；器具机身参数包括机身温度、加热体导热率、加热体几何尺寸；几何尺寸如圆周、长度；发烟基体参数包括发烟基体密度、热扩散率；外部参数数据包括环境温度、机身温度、电路电阻、材料传热系数、材料密度；
S3.2，通过M5’模型树模型；
S3.3，检测评定外部参数数据及温度控制系统控制参数Kp,Kd,Ki，并将所得数据记录建立标准样本数据集；
标准样本数据集中每一行样本表示为，(xi1 xi2 xi3 … xim yi1 yi2 yi3),其中xij表示第i个样本的第j个属性的值，yi1,yi2,yi3表示第i个样本的目标值，也即Kp,Kd,Ki三个参数；
S3.4，进行数据降维：
对S3.3中的标准样本数据集进行数据降维，降维方法包括主成分分析方法，筛选出和数据集密切相关的指标集；
S3.5，对S3.4的指标集进行处理；
S3.5.1.对所有的样本进行中心化
S3.5.2.计算样本的协方差矩阵
S3.5.3.求出协方差矩阵的特征值及对应的特征向量；
S3.5.4.将特征向量按对应特征值大小从上到下按行排列成矩阵，取前k行组成矩阵P；
S3.5.5.
即为降维到k维后的数据；
4.根据权利要求2所述的加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法，其特征在于：在S2中，在构造M5’基本模型树中，执行以下步骤；
S2.1，根据方差最小的原则，选择分裂属性和分裂值，由根节点递归地建立基本的决策树；计算方差的公式如下：
式中：T为总样本空间，其样本数为|T|，T被劈为2个子空间，分别为T1、T2，样本数为|T1|、|T2|，sd(T1)、sd(T2)为劈分为2个子空间的目标属性标准差；
S2.2，进行模型树剪枝：首先，对S2.1中，基本的决策树从叶节点递归地由下到上进行剪枝，以防止过拟合，直到到达根节点；然后，如果内部节点的线性模型的预测误差不低于此节点的子树的预测误差，则将此内部节点变为一个包含线性模型的叶节点，否则该节点的子树保留；其次，在剪枝时，通过计算内部节点的预测误差和叶子节点的预测误差大小来判断节点是否保留，预测误差的计算公式：
Er＝|N|Rmse-|N1|Rmse1-|N2|Rmse2； 式(10)
式中：Rmse为该节点预测的均方根误差；Rmse1，Rmse2为该节点劈分后左右子节点预测的均方根误差；
S2.3，首先，采用平滑过程降低由样本量少于设定量所造成的模型分段点处的非线性；然后，将内部节点的线性模型合并到叶节点的模型中；其次，执行节点平滑的方法：
式中：fp为叶子上级父节点回归方程，fc为叶子节点的回归方程，n为到达本叶子节点的训练样本数目，k为一个常数,通常取值15，fn为合并的回归方程；
S2.4，在预测时，当样本从树的根节点到达某叶节点时，仅用叶节点的线性模型预测输出；
S2.5，针对控制参数Kp、Kd及Ki，重复执行步骤S2，得到所有外部参数数据与温度控制系统控制参数Kp、Kd及Ki之间的分段线性模型。
5.根据权利要求4所述的加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法，其特征在于：在步骤S2.5中，
S2.5.1，针对Kp参数的决策树，
进行一级判断，
当机身温度<＝47.5℃时，进行二级判断，
当机身温度<＝27.5℃时，LM1，24/48.084％；
当机身温度>27.5℃时，进行三级判断，
当机身温度<＝42.5℃时，LM2，27/28.689％；当机身温度>42.5℃时，LM3，11/53.075％；
当机身温度>47.5℃时，进行二级判断，当机身温度<＝77.5℃，LM4，50/17.105％；
当机身温度>77.5℃时，LM5，80/8.387％；
其中，
LM num:1，
Kp＝1.2253*环境温度-5.6277*机身温度+0.1721*导热系数-0.0078*密度+408.3762；
LM num:2，
Kp＝2.9943*环境温度-9.439*机身温度-0.1755*比热容+0.141*导热系数-0.0078*密度+858.8356；
LM num:3，
Kp＝3.9436*环境温度-12.456*机身温度-0.1308*比热容+0.1016*导热系数-0.0078*密度+923.9457；
LM num:4，
Kp＝-1.4637*机身温度+0.0971*比热容+0.0792*导热系数-0.0041*密度+34.8855；
LM num:5，
Kp＝0.2276*环境温度-1.9544*机身温度+0.0617*比热容+0.0597*导热系数-0.0041*密度+119.4404；
S2.5.2，Ki参数的决策树:
进行一级判断，
当机身温度<＝55时，LM1，72/57.3％；
机身温度>55时，进行二级判断，当机身温度<＝77.5时，LM2，40/29.042％；当机身温度>77.5时，LM3，80/24.224％；
其中，
LM num:1，
Ki＝22.0695*环境温度-43.9875*机身温度+0.0387*密度+4068.3136；
LM num:2，
Ki＝13.9094*环境温度-6.614*机身温度-0.2124*导热系数+0.0939*密度+2482.4934；
LM num:3，
Ki＝7.7421*环境温度-8.8035*机身温度+0.3242*密度+1392.9161；
S2.5.3，Kd参数的决策树:
进行一级判断；当机身温度<＝55时，LM1，72/37.263％；
当机身温度>55时，进行二级判断；机身温度<＝77.5，LM2，40/13.791％；当机身温度>77.5:LM3，80/10.237％；
其中，
LM num:1，
Kd＝0.9526*环境温度-5.3935*机身温度+0.1011*导热系数+188.5206；
LM num:2，
Kd＝0.377*环境温度-0.9483*机身温度+0.0488*导热系数+65.9846；
LM num:3，
Kd＝-0.9543*机身温度+0.0235*导热系数+114.4939。
6.一种加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整系统，其特征在于：系统包括电源输入模块，用于提供电能给各单元模块；
电子烟控制电路，其包括MCU控制单元、作为信息采集模块的感温模块及供能检测模块；供能检测模块，输入端电连接电源且电连接发热元件，用于根据电流和/或电压检测；检测电源向发热元件提供的电能，并将检测的电能信息发送至MCU控制单元；
唤醒按键单元，用于电子烟控制电路的通断和/或唤醒；
发热元件，通过电子烟控制电路控制加热；
感温模块包括分别用于采集器具所处环境温度及加热管温度的温度传感器。
7.根据权利要求6所述的加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整系统，其特征在于：用于执行权利要求1-5所述的方法。
8.根据权利要求6所述的加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整系统，其特征在于：系统包括壳体、加热管及电路组件；
加热管设置于壳体中，电路组件具有控制开关；控制开关控制加热管的通断电；
控制开关在壳体上手动通断电路设置；控制开关在壳体上滑动、摆动、按动或旋转设置；
控制开关包括在滑槽中滑动的推手、连接部及连接块，连接部一端用于连接连接块，一端用于连接推手，连接块用于与加热管电连接；连接部用于与电路组件电连接。
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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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