一种烤箱控制系统及其温控方法技术方案

本发明专利技术提供一种烤箱控制系统及其温控方法，烤箱控制系统包括控制端，所述温控方法包括：所述控制端构建烤箱温度预测模型，控制端根据所述温度预测模型，周期性的对烤箱温度进行预测，并根据预测的温度和目标温度控制烤箱的输入参数。本发明专利技术中烤箱控制系统引入了数学模型，可以对烤箱下一个取样周期的输出量进行预测，因此可以做到提前加速和提前刹车的效果，从而规避了烤箱温度惯性的影响，温度预测模型的算法具有响应速度快，超调量小，跟随性能好的优点，且与其他模型预测算法相比，本发明专利技术烤箱预测模型的算法数据处理量小对控制器要求低，容易实现。容易实现。

【技术实现步骤摘要】
一种烤箱控制系统及其温控方法


[0001]本专利技术属家电
，尤其是涉及一种烤箱控制系统及其温控方法。

技术介绍

[0002]电烤箱是利用电热元件发出的辐射热烤制食物的厨房电器，在欧美地区家庭广泛应用，在国内也在逐渐普及。为了使烹饪出来的食物具有最佳的口感和营养价值，对烤箱的控温能力提出了较高的要求。
[0003]目前烤箱的控温方法分为开环控温和闭环控温两种方法。开环控温方法是通过在特定温度点预设加热管的加热功率来实现控温，这种方法虽然实现起来比较简单，但是控温精度较低，且在非预设温度点处控温效果很差，算不上真正意义上的控温。闭环控温方法是通过传感器将烤箱中的温度实时传送给控制器，控制器通过特定的算法对传输回来的数据进行处理进而调整加热管的输出功率，目前应用比较广泛的算法为PID算法，由于是无模型算法，对于烤箱这种系统惯性大，反应慢的系统，控温的速度较慢，用户在使用烤箱前需要等待较长时间，烤箱内部温度才能控制在目标温度附近，这使得该产品的用户体验较差。也有方案通过增大PID中的比例放大系数来使烤箱内温度迅速达到目标值附近，但是这种方案会导致较大的超调量，即增加能耗，又会增加温度稳定的时间，并没有从根本上解决问题，且对于某些高端菜谱，需要使用波动的温度进行烘焙，这时候这种算法的跟随性能很差，根本无法满足使用要求。
[0004]由于目前烤箱的控温算法多为无模型算法,目前比较成熟的几种模型预测算法都需要对控制系统的数学模型进行非常复杂的数学运算处理，这种方法虽然能够实现较高精度的控制，但是所需处理的数据量太过庞大，应用在烤箱上，烤箱的电控硬件无法实现。与之相比，本方案中的控制算法，所需的数据处理量少，对单片机的数据处理能力要求不高，烤箱的电控硬件能够实现，虽然在数据处理上做出一定的牺牲，但仍然能够实现较高的控制精度，满足烤箱产品的使用要求。
[0005]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种烤箱控制系统的温控方法，通过引入了数学模型，可以对烤箱下一个取样周期的输出量进行预测，因此可以做到提前加速和提前刹车的效果，从而降低了烤箱温度惯性的影响。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：
[0008]一种烤箱控制系统的温控方法，烤箱控制系统包括控制端，所述温控方法包括：
[0009]所述控制端构建烤箱温度预测模型；
[0010]控制端根据所述温度预测模型，周期性的对烤箱温度进行预测，并根据预测的温度和目标温度控制烤箱的输入参数。
[0011]在上述方案中，烤箱控制系统引入了数学模型，可以对烤箱下一个取样周期的输
出量进行预测，因此可以做到提前加速和提前刹车的效果，从而规避了烤箱温度惯性的影响。
[0012]优选的，所述构建烤箱温度预测模型包括：
[0013]控制端设定含有未知状态参数的温度预测模型；
[0014]控制端获取烤箱输入参数和温度参数，根据所述输入参数和温度参数拟合得到温度预测模型的状态参数。
[0015]优选的，所温度预测模型为：
[0016]X
K+1
＝AX
K
+Bu
K
+d
K
；
[0017]Y
K
＝CX
K
+Du
K
；
[0018]其中，X
K+1
为烤箱第K+1取样周期的状态向量，X
K
为烤箱第K取样周期的状态向量，Y
K
为烤箱第K取样周期的温度参数，u
K
为烤箱第K取样周期的输入参数，d
K
为烤箱第K取样周期的扰动向量；A、B、C和D为温度预测模型的状态参数。其中，状态向量可以表示为温度变化率。控制端获取烤箱输入参数和温度参数，根据所述输入参数和温度参数拟合得到温度预测模型的状态参数。
[0019]优选的，控制端采用PID控制单元和温度预测模型共同控制烤箱的输入参数，所述输入参数通过公式u
K
＝u
kPID
+u
kMP
得到；其中，u
K
为第K取样周期烤箱输入参数，u
kPID
为第K取样周期 PID控制器的输出参数，u
kMP
为第K取样周期温度预测模型的输出参数；
[0020]优选的，所述输出参数包括电压值或电流值等。
[0021]优选的，根据温度预测模型，周期性的对烤箱温度进行预测，包括对PID控制器的输出参数u
kPID
进行计算得到烤箱相应温度；其中，通过以下公式得到烤箱相应温度；
[0022]Y
K
＝CX
K
+Du
KPID
。
[0023]优选的，所述根据预测的温度和目标温度控制烤箱的输入参数包括：计算所述烤箱相应温度与目标温度的误差值，根据所述误差值计算温度预测模型的输出参数。其中，所述目标温度可以为固定值，也可以为实时变化值。
[0024]优选的，通过公式e
KMP
＝T-Y
K
,得到所述误差值，通过公式得到温度预测模型的输出参数，其中， e
KMP
为误差值,K
P
为比例系数,K
d
为微分系数,K
i
为积分系数。其中，参数K
P
、K
d
、K
i
均为PID计算中的系数参数。
[0025]优选的，烤箱采用波动温度曲线加热，烤箱加热过程中，控制端由温度曲线获取每一取样周期相应的温度，并设定为目标温度，根据该目标温度确定温度预测模型的输出参数。
[0026]在上述方案中，基于本专利技术的温控方法，对于采用波动温度曲线加热的情况，烤箱具有调速快、超调量小，温度跟随性好的优点。
[0027]本专利技术另一目的在于提供一种烤箱控制系统，包括：
[0028]模型优化单元，用于获取烤箱输入参数和烤箱温度参数，并进行数据拟合处理得到温度预测模型的状态参数；
[0029]模型预测单元，用于根据所述状态参数建立温度预测模型，预测烤箱温度，确定模型预测单元的输出参数。
[0030]优选的，包括PID控制单元，模型预测单元用于根据PID控制单元输出参数预测对
应的烤箱温度，并根据预测的烤箱温度与目标温度的差值，确定模型预测单元的输出参数。
[0031]通过采用上述技术方案，本专利技术具有以下有益效果：
[0032]本专利技术的烤箱控制系统包括控制端，所述控制端构建烤箱温度预测模型，控制端根据所述温度预测模型，周期性的对烤箱温度进行预测，并根据预测的温度和目标温度控制烤箱的输入参数。本专利技术中烤箱控制系统引入了数学模型，可以对烤箱下一个取样周期的输出量进行预测，因此可以做到提前加速和提前刹车的效果，从而规避了烤箱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种烤箱控制系统的温控方法，烤箱控制系统包括控制端，其特征在于，所述温控方法包括：所述控制端构建烤箱温度预测模型；控制端根据所述温度预测模型，周期性的对烤箱温度进行预测，并根据预测的温度和目标温度控制烤箱的输入参数。2.根据权利要求1所述的一种烤箱控制系统的温控方法，其特征在于，所述构建烤箱温度预测模型包括：控制端设定含有未知状态参数的温度预测模型；控制端获取烤箱输入参数和温度参数，根据所述输入参数和温度参数拟合得到温度预测模型的状态参数。3.根据权利要求2所述的一种烤箱控制系统的温控方法，其特征在于，所温度预测模型为：X
K+1
＝AX
K
+Bu
K
+d
K
；Y
K
＝CX
K
+Du
K
；其中，X
K+1
为烤箱第K+1取样周期的状态向量，X
K
为烤箱第K取样周期的状态向量，Y
K
为烤箱第K取样周期的温度参数，u
K
为烤箱第K取样周期的输入参数，d
K
为烤箱第K取样周期的扰动向量；A、B、C和D为温度预测模型的状态参数。4.根据权利要求3所述的一种烤箱控制系统的温控方法，其特征在于，控制端采用PID控制单元和温度预测模型共同控制烤箱的输入参数，所述输入参数通过公式u
K
＝u
kPID
+u
kMP
得到；其中，u
K
为第K取样周期烤箱输入参数，u
kPID
为第K取样周期PID控制器的输出参数，u
kMP
为第K取样...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丕昱，董世玉，张银忠，杨建璋，
申请(专利权)人：海尔智家股份有限公司，
类型：发明
国别省市：