CN117873221B - 一种灸疗仓的温度监测控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及温度监测技术领域，更具体地，本发明涉及一种灸疗仓的温度监测控制方法及系统，包括：实时采集灸疗仓中的温度，得到温度数据；采用指数平滑法对所述温度数据进行处理，预测得到温度数据的预测值，并计算出当前时刻的温度数据的实际值与预测值之间的差异值。本发明利用指数平滑法对未来的系统响应进行预测，从而得到预测值与实际值之间的差异，得到误差信号，并根据误差信号的取值对PID控制器的参数进行不断迭代调整，从而实现对PID算法的控制参数的自适应调整，从而减小在灸疗仓运行过程中的累计误差，从而提升控制器的响应速度，提升灸疗仓的反馈速度，提升灸疗效果。

Description

一种灸疗仓的温度监测控制方法及系统

技术领域

本发明涉及温度监测技术领域。更具体地，本发明涉及灸疗仓的温度监测控制方法及系统。

背景技术

灸疗仓是一种进行灸疗的专用设备，在进行灸疗时，维持适宜的温度是至关重要的，灸疗仓温度的监测和控制有助于实现治疗的标准化，确保每次治疗的一致性，提高治疗的可控性和可重复性。因此需要通过引入一种灸疗仓的温度监测控制方法，通过对灸疗仓内的温度进行监测并控制，从而提高灸疗的效果、安全性，同时实现治疗过程的智能化与标准化。

传统的对灸疗仓温度的监测并对温度的控制方法为：PID算法。传统的PID算法通过人为设置控制参数，实现对温度的控制，但是由于在灸疗仓运行过程中，工作环境的不断变化，例如随着灸疗仓的不断运行，空气中的温度在不断升高，从而导致灸疗仓自身的热量散发较慢，从而使原来人为设定的控制参数无法适应外界工作环境的变化。而若控制参数设置不当，则系统会产生震荡现象，即在对温度进行控制的过程中会不断与目标温度产生误差，误差累计越多，则会导致控制器响应变慢，从而无法是灸疗仓及时进行反馈，做出温度调节，影响灸疗效果。

发明内容

本发明提供一种灸疗仓的温度监测控制方法及系统，旨在解决相关技术中若控制参数设置不当，则系统会产生震荡现象，即在对温度进行控制的过程中会不断与目标温度产生误差，误差累计越多，则会导致控制器响应变慢，从而无法是灸疗仓及时进行反馈，做出温度调节，影响灸疗效果的问题。

在第一方面中，本发明提供了一种灸疗仓的温度监测控制方法，包括：实时采集灸疗仓中的温度，得到温度数据；采用指数平滑法对所述温度数据进行处理，预测得到温度数据的预测值，并计算出当前时刻的温度数据的实际值与预测值之间的差异值，根据所述差异值计算出当前时刻的温度数据的调整必要性；根据所述调整必要性，判断当前时刻是否为调整节点；若所述当前时刻为调整节点，则将所述当前时刻之前的温度数据作为上一阶段，将所述当前时刻之后的温度数据作为下一阶段，并将上一阶段的温度数据的控制参数与上一阶段的权重值相乘，得到修正参数，根据所述修正参数对下一阶段的控制参数进行修改以得到新的控制参数，根据所述新的控制参数对灸疗仓中的温度实时调整；若所述当前时刻不是调整节点，则继续按照当前控制参数对灸疗仓中的温度实时调整。

在一实施例中，获取灸疗仓中的温度数据，得到温度数据，包括：每隔预设时间间隔采集一次灸疗仓中的温度。

在一实施例中，根据所述差异值计算出该数据的调整必要性，计算公式如下：

；

式中，表示窗口中的第/>个数据的调整必要性；/>表示窗口中的数据总数；/>表示该窗口中的第/>个数据；/>表示该窗口中的第/>个数据的实际值与预测值之间的差异；表示该窗口中的第/>个数据的实际值与预测值之间的差异；/>为预设超参数；表示标准归一化函数；/>表示以自然常数/>为底数的指数函数。

在一实施例中，响应于所述窗口中的温度数据的数量小于-1时，则不对所述窗口中的温度数据进行计算。

在一实施例中，根据所述调整必要性，判断当前时刻是否为调整节点，包括：获取初始窗口中的所有温度数据的调整必要性的方差，在初始窗口中按照时序顺序增加温度数据，根据所述初始窗口中所有温度数据的调整必要性的方差变化情况，计算出新增加的温度数据作为控制参数的调整节点重要程度。

在一实施例中，计算出新增加的温度数据作为控制参数的调整节点重要程度，计算公式为：

；

式中，表示在初始窗口中，新增加的数据/>作为控制参数的调整节点的重要程度；/>表示在初始窗口/>中新增加了数据/>以后的所有数据的调整必要性均值；表示在初始窗口/>中新增加了数据/>以后的所有数据的方差；/>表示在初始窗口/>中新增加数据/>之前的所有数据的方差；/>表示标准归一化函数。

在一实施例中，计算出该阶段中温度数据的控制参数的权重值，计算公式为：

；

式中，表示控制参数/>的调整权值；/>表示在第/>个调整节点和第/>个调整节点之间的所有数据的调整必要性的均值；/>为预设超参数。

在一实施例中，根据所述修正参数对灸疗仓中的温度实时调整，包括：响应于所述新增加的温度数据的调整节点重要程度大于或等于预设阈值，则将测量所述新增加的温度数据的时刻作为当前时刻，并将所述当前时刻作为调整节点。

在一实施例中，计算出同一时刻温度的实际值与预测值之间的差异值，包括：所述差异值等于当前时刻的温度数据的预测值与温度数据的实际值之间的差值的绝对值。

本发明第二方面，还提供了一种灸疗仓的温度监测控制系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现以上任一项所述的灸疗仓的温度监测控制方法。

有益效果：本发明通过利用指数平滑法对未来的系统响应进行预测，从而得到预测值与实际值之间的差异，得到误差信号，并根据误差信号的取值对PID控制器的参数进行不断迭代调整，从而实现对PID算法的控制参数的自适应调整，从而减小在灸疗仓运行过程中的累计误差，从而提升控制器的响应速度，提升灸疗仓的反馈速度，提升灸疗效果。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：

图1是示意性示出根据本发明的实施例的调节控制参数的流程图；

图2是示意性示出根据本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式，如图1所示：

步骤S101：实时采集灸疗仓中的温度，得到温度数据。

在一个实施例中，在灸疗仓中布置温度传感器，并将该温度传感器连接到数据采集系统或者记录设备，数据采集系统可以是一个数据采集卡、微控制器或者其他记录设备。然后通过温度传感器每隔预设时间间隔采集一次灸疗仓中的温度，得到温度数据。在本实施例中，预设时间间隔为2秒，在其它的实施例中，预设时间间隔可以为3秒或4秒。

步骤S102：计算出当前时刻的温度数据的调整必要性。

在一个实施例中，采用指数平滑法对温度数据进行处理，预测得到温度数据的预测值，并计算出当前时刻的温度数据的实际值与预测值之间的差异值，根据差异值计算出当前时刻的温度数据的调整必要性。

具体的，根据所获取的对未来温度数据的预测结果与当前时刻所采集的温度数据实际结果，来计算当前时刻的温度数据的实际值与预测值之间的差异值，具体计算过程如下：首先，获取当前时刻所采集到的温度数据的实际值，并根据温度数据的实际值利用现有的平滑算法（指数平滑法）进行预测，从而获取温度数据的预测值。然后根据所采集到温度数据的实际值与预测值，获取在该当前时刻的温度数据的实际值与预测值之间的差异值。差异值等于当前时刻的温度数据的预测值与温度数据的实际值之间的差值的绝对值。重复上述步骤，即可获取任意一个时刻的温度数据的实际值与预测值之间的差异值。然后根据差异值计算出当前时刻的温度数据的调整必要性。

需要说明的是，由于在对数据进行预测以及采集的过程中不同的数据点是在不同的时刻所采集到的数据，由于受到外界环境温度的影响会导致灸疗仓在不同时间段的散热效果不同，因此对于不同的数据点，他们之间的控制调整必要性会不同，而若控制调整必要性较小，此时若对其进行调整，并且花费一定的代价对其进行调整完毕之后，所得到的收益并不多，浪费了较多的资源，因此，需要根据每一个数据的控制调整必要性变化情况计算控制参数的调整节点以及调整权值。

步骤S103：根据调整必要性，判断当前时刻是否为调整节点。

在一个实施例中，获取初始窗口中的所有温度数据的调整必要性的方差，在初始窗口中按照时序顺序增加温度数据，根据初始窗口中所有温度数据的调整必要性的方差变化情况，计算出新增加的温度数据作为控制参数的调整节点的重要程度。若响应于新增加的温度数据的调整节点的重要程度大于或等于预设阈值，则将测量新增加的温度数据的时刻作为当前时刻，并将当前时刻作为温度数据的调整节点。若当前时刻不是调整节点，则继续按照当前控制参数对灸疗仓中的温度实时调整。

步骤S104：计算出每个阶段的权重值，并将上一阶段的温度数据的控制参数与上一阶段的权重值相乘，得到修正参数。

在一个实施例中，若当前时刻为调整节点，则将当前时刻之前的温度数据作为上一阶段，将当前时刻之后的温度数据作为下一阶段。按照上述步骤，对时间节点依次进行划段，使两个调整节点之间为一个阶段。然后计算出每个阶段的权重值，将一个阶段的权重值与其控制参数相乘，可以得到下一个阶段的修正参数。

步骤是S105：根据修正参数对下一阶段的控制参数进行修改以得到新的控制参数，根据新的控制参数对灸疗仓中的温度实时调整。

在一个实施例中，每个阶段的温度数据的修正参数是由上一段的控制参数和权重值所决定的。

示例性的，假设目前通过调整节点划分为3个阶段，其中Q1到Q3为第一个阶段，Q3到Q6为第二个阶段，Q6到Q7为第三个阶段。其中，初始的第一个阶段的控制参数是人为设定的，假设第一个阶段的控制参数为P1。然后计算得到第一个阶段的权重值为Y1，第二个阶段的权重值为Y2。那么，将第一个阶段的控制参数P1与第一个阶段的权重值Y1相乘，得到了修正参数为P1×Y1。那么根据修正参数可以对第二阶段的控制参数进行修改，修改后得到了第二阶段新的控制参数，新的控制参数为P1×Y1。在PID算法中就按照新的控制参数对灸疗仓中的温度进行控制，调节灸疗仓中的温度。

在一个实施例中，关于步骤S102，计算当前时刻的温度数据的调整必要性的公式为：

。

式中，表示窗口中的第/>个数据的调整必要性；/>表示窗口中的数据总数，例如，等于15；/>表示该窗口中的第/>个数据；/>表示该窗口中的第/>个数据的实际值与预测值之间的差异；/>表示该窗口中的第/>个数据的实际值与预测值之间的差异；/>为预设超参数；/>表示标准归一化函数；/>表示以自然常数/>为底数的指数函数。

其中，表示该窗口中所有温度数据的实际值与预测值之间的差异，其中预测值为期望达到的目标温度，其取值越大，说明实际值与预测值之间的差异较大，则说明实际值没有达到预期效果。此时，则需要利用较大的控制调整参数来对灸疗仓中的温度进行调整，即/>越大，则其控制调整必要性取值越大。/>表示窗口中连续相邻温度数据的预测值与实际值的差异变化情况，若其取值越小，则说明随着时间的变化，二者的差异变化趋势趋于稳定，即灸疗仓中的实际温度与预测温度的差异在逐渐变小，此时则需要较小的调整参数来对温度进行调整。需要注意的是，若窗口中的温度数据的数量小于/>-1时，则不对所述窗口中的温度数据进行计算。

在一个实施例中，关于步骤S103中，对于初始窗口中的所有数据，首先获取初始窗口/>中的所有数据的控制调整必要性的方差，然后通过在初始窗口/>中按照时序顺序增加数据，通过分析初始窗口/>中所有数据的控制调整必要性的方差变化情况，计算以所新增加的数据为控制参数的调整节点必要程度，计算该温度数据为调整节点必要程度，计算公式为：

。

式中，表示在初始窗口/>中（/>等于5），新增加的数据/>作为控制参数的调整节点的重要程度；/>表示在初始窗口/>中新增加了数据/>以后的所有数据的调整必要性均值；/>表示在初始窗口/>中新增加了数据/>以后的所有数据的方差；/>表示在初始窗口/>中新增加数据/>之前的所有数据的方差；/>表示标准归一化函数。

其中，表示在初始窗口/>中新增加了数据/>以后的所有数据的控制调整必要性的均值，其取值越大，则说明当前窗口中的数据越需要调整，即其取值越大，则/>的取值越大；/>表示在初始窗口/>中新增加数据/>前后的所有数据的方差差异大小，若其取值越大，则说明新增加的数据的波动变化越大，则新增加的数据作为调整节点的必要性越大，即/>的取值越大，则/>的取值越大。

若新增加的温度数据的调整节点的重要程度大于或等于预设阈值，则将测量新增加的温度数据的时刻作为当前时刻，并将当前时刻作为调整节点。需要说明的是，预设阈值为，其中本实施例以/>为例进行叙述，在其他实施例中/>可根据具体实施情况而定。

若在初始窗口中，将按照时序顺序所增加的数据作为控制参数的调整节点的必要程度/>，则认为以测得该数据的时刻作为控制参数的调整节点的必要程度过大，效果较好，则以该数据节点，也就是测量该数据点的当前时刻为分界点，将当前时刻对应的时刻之后的控制参数修改成新的控制参数对灸疗仓中的温度调整；反之，则继续加入新的数据进行判断，直到找到调整节点为止。至此，即可获取任意一个控制参数的调整节点，在两个相邻的调整节点之间可利用同一个控制参数进行调整。

在一个实施例中，关于步骤S104，该阶段中温度数据的控制参数的权重值的计算公式为：

。

式中，表示控制参数/>的调整权值；/>表示在第/>个调整节点和第/>个调整节点之间的所有数据的调整必要性的均值；/>为预设超参数，可根据具体实施情况而定。

其中，两个相邻的调整节点之间为一个阶段，一个阶段之间可利用同一个控制参数进行调整，将当前阶段的控制参数与下一阶段的数据的控制参数的权重值相乘，即可得到下一阶段的新的控制参数。根据新的控制参数对灸疗仓中的温度进行调整，按照上述方法，可以一直对温度进行调整，从而实现对灸疗仓中的温度数据的自适应调整，提升灸疗效果。

通过以上步骤，本发明通过利用指数平滑法对未来的系统响应进行预测，从而得到当前时刻温度数据的预测值与实际值之间的差异，从而得到误差信号，并根据误差信号的取值对PID控制器的参数进行不断迭代调整（自适应的修改每个阶段的控制参数），从而实现对PID算法的控制参数的自适应调整，从而减小在灸疗仓运行过程中的累计误差，从而提升控制器的响应速度，提升灸疗仓的反馈速度，提升灸疗效果。

本发明还提供了一种灸疗仓的温度监测控制系统。如图2所示，所述系统包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现根据本发明第一方面所述的一种灸疗仓的温度监测控制方法。

在一个实施例中，本发明提供了一种计算机设备，其内部结构可以如图2所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力，可以选择CPU、单片机、DSP或者FPGA等各种品种。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。当计算机程序被执行时，可以完成上述方法实施例中所描述的步骤，例如S101-步骤S105。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC（近场通信）或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种灸疗仓的温度监测控制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图2中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

所述系统还包括通信总线和通信接口等本领域技术人员熟知的其他组件，其设置和功能为本领域中已知，因此在此不再赘述。

在本发明中，前述的存储器可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。例如，计算机可读存储介质可以是任何适当的磁存储介质或者磁光存储介质，比如，阻变式存储器RRAM（Resistive RandomAccess Memory）、动态随机存取存储器DRAM（Dynamic Random Access Memory）、静态随机存取存储器SRAM（Static Random-Access Memory）、增强动态随机存取存储器EDRAM（Enhanced Dynamic Random Access Memory）、高带宽内存HBM（High-Bandwidth Memory）、混合存储立方HMC（Hybrid Memory Cube）等等，或者可以用于存储所需信息并且可以由应用程序、模块或两者访问的任何其他介质。任何这样的计算机存储介质可以是设备的一部分或可访问或可连接到设备。本发明描述的任何应用或模块可以使用可以由这样的计算机可读介质存储或以其他方式保持的计算机可读/可执行指令来实现。

在本说明书的描述中，“多个”、“若干个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种灸疗仓的温度监测控制方法，其特征在于，包括：

实时采集灸疗仓中的温度，得到温度数据；

采用指数平滑法对所述温度数据进行处理，预测得到温度数据的预测值，并计算出当前时刻的温度数据的实际值与预测值之间的差异值，根据所述差异值计算出当前时刻的温度数据的调整必要性；

根据所述调整必要性，判断当前时刻是否为调整节点；

若所述当前时刻为调整节点，则将所述当前时刻之前的温度数据作为上一阶段，将所述当前时刻之后的温度数据作为下一阶段，并将上一阶段的温度数据的控制参数与上一阶段的权重值相乘，得到修正参数，根据所述修正参数对下一阶段的控制参数进行修改以得到新的控制参数，根据所述新的控制参数对灸疗仓中的温度实时调整；

若所述当前时刻不是调整节点，则继续按照当前控制参数对灸疗仓中的温度实时调整；

获取灸疗仓中的温度数据，得到温度数据，包括：

每隔预设时间间隔采集一次灸疗仓中的温度；

根据所述差异值计算出该数据的调整必要性，计算公式如下：

；

式中，表示窗口中的第/>个数据的调整必要性；/>表示窗口中的数据总数；/>表示该窗口中的第/>个数据；/>表示该窗口中的第/>个数据的实际值与预测值之间的差异；/>表示该窗口中的第/>个数据的实际值与预测值之间的差异；/>为预设超参数；/>表示标准归一化函数；/>表示以自然常数为/>底数的指数函数；

根据所述调整必要性，判断当前时刻是否为调整节点，包括：

获取初始窗口中的所有温度数据的调整必要性的方差，在初始窗口中按照时序顺序增加温度数据，根据所述初始窗口中所有温度数据的调整必要性的方差变化情况，计算出新增加的温度数据作为控制参数的调整节点重要程度；

计算出新增加的温度数据作为控制参数的调整节点重要程度，计算公式为：

；

式中，表示在初始窗口中，新增加的数据/>作为控制参数的调整节点的重要程度；表示在初始窗口/>中新增加了数据/>以后的所有数据的调整必要性均值；/>表示在初始窗口/>中新增加了数据/>以后的所有数据的方差；/>表示在初始窗口中新增加数据/>之前的所有数据的方差；/>表示标准归一化函数；

计算出该阶段中温度数据的控制参数的权重值，计算公式为：

；

式中，表示控制参数/>的调整权值；/>表示在第/>个调整节点和第/>个调整节点之间的所有数据的调整必要性的均值；/>为预设超参数；

根据所述修正参数对灸疗仓中的温度实时调整，包括：

响应于所述新增加的温度数据的调整节点重要程度大于或等于预设阈值，则将测量所述新增加的温度数据的时刻作为当前时刻，并将所述当前时刻作为调整节点。

2.根据权利要求1所述的灸疗仓的温度监测控制方法，其特征在于，包括：

响应于所述窗口中的温度数据的数量小于-1时，则不对所述窗口中的温度数据进行计算。

3.根据权利要求1所述的灸疗仓的温度监测控制方法，其特征在于，计算出同一时刻温度的实际值与预测值之间的差异值，包括：

所述差异值等于当前时刻的温度数据的预测值与温度数据的实际值之间的差值的绝对值。

4.一种灸疗仓的温度监测控制系统，包括处理器和存储器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现如权利要求1-3任一项所述的灸疗仓的温度监测控制方法。