加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法及系统技术方案

本发明专利技术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。设定范围内。

【技术实现步骤摘要】
加热不燃烧器具温度控制参数自适应调整的方法及系统


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。

技术实现思路

[0004]本专利技术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，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术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。
[0005]综上所述，本专利技术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
[0006]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是本专利技术的充电模块示意图。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
[0007]如图1
‑
28，本专利技术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。
[0008]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。
[0009]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T
Air
、机身温度 T
Machine
、发烟基体的最佳温度T
Tobacco
、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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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；
[0013]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；
[0014][0015]选择比例系数Kp，积分系数Kd，微分系数Ki值，其中，
[0016]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；
[0017]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；
[0018]S3.1，本专利技术通过构造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；外部环境参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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T
Air
、机身温度T
Machine
、发烟基体的最佳温度T
Tobacco
、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，(x
i1 x
i2 x
i3
ꢀ…ꢀ
x
im y
i1 y
i2 y
i3
),其中x
ij
表示第i个样本的第j个属性的值，y
i1
,y
i2
,y
i3
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：石硕，杨宁，任义兆，董成，于福涌，薛磊，付元鑫，
申请(专利权)人：青岛海大新星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：