电暖器及其温度控制方法和温度控制装置与流程
本发明属于电器制造技术领域，尤其涉及一种电暖器的温度控制方法，以及电暖器的温度控制装置和具有该控制装置的电暖器。
背景技术：
目前，电暖器大多采用电偶发热、分离温度采样、继电器三档滞环控制的方式，但是，这种方式存在一定的局限性。例如，电暖器的热负载发热与环境温度调节存在延迟，滞环控制设定档位温度限值，可能会使温度超调值过大，如图1所示，环境温度超出滞环控制的(上限或下限)限值过多，即存在温度稳定性差的问题，会使得用户使用电暖器的舒适体验大打折扣。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明提出一种电暖器的温度控制方法，该温度控制方法可以保持温度的基本稳定，提高电暖器使用的舒适性体验。本发明还提出电暖器的温度控制装置和具备该温度控制装置的电暖器。
为了解决上述问题，本发明一方面实施例提出的电暖器的温度控制方法，包括：在环境温度达到目标温度之后获取环境采样温度；根据所述环境采样温度与所述目标温度的差值，通过自适应pi调节算法确定功率输出值，其中，在自适应pi调节算法中，根据第k-1周期的温度超调量和第k-2周期的温度超调量确定第k周期的p参数，所述k为大于1的正整数；根据所述功率输出值获得在当前周期中所述功率器件的控制参数，并根据所述控制参数控制所述功率器件的导通。
本发明实施例的电暖器的温度控制方法，在温度达到目标温度之后，进行自适应pi调节，根据第k-1周期的温度超调量和第k-2周期的温度超调量确定第k周期的p参数，可可适应各种复杂环境，保持温度基本稳定，提高使用舒适性体验。
在本发明的一些实施例中，根据第k-1周期的温度超调量和第k-2周期的温度超调量确定第k周期的p参数，包括：
如果满足|m(k-1)-m(k-2)|≤φ且
或者，如果满足m(k-1)>m(k-2)且kp(k-1)>kp(k-2)，kp(k)＝kp(k-1)-δ，其中，kp(k-2)为所述第k-2周期的p参数，δ为设定变化量；
或者，如果满足m(k-1)>m(k-2)且kp(k-1)<kp(k-2)，kp(k)＝kp(k-1)+δ；
或者，如果满足m(k-1)<m(k-2)且kp(k-1)>kp(k-2)，kp(k)＝kp(k-1)+δ；
或者，如果满足m(k-1)<m(k-2)且kp(k-1)<kp(k-2)，kp(k)＝kp(k-1)-δ。
在本发明的一些实施例中，所述温度控制方法还包括：在检测到起动信号之后获取初始环境温度；根据所述初始环境温度与所述目标温度的差值确定软起动功率；根据所述软起动功率获得功率器件的控制参数；以及，根据所述控制参数控制所述功率器件的导通以调节电暖器的热负载输出所述软起动功率，直至环境温度达到所述目标温度。随环境温度与目标温度的差值调节功率大小，可以快速有效地调节温度到设定目标温度，提高电暖器使用的舒适性体验。
在本发明的一些实施例中，根据所述软起动功率获得功率器件的控制参数包括：
根据所述软起动功率查询软起动功率与导通角度的对应数据表获得所述功率器件的导通角度。
为了解决上问题，本发明另一方面实施例的电暖器的温度控制装置，包括：第一获取模块，用于在环境温度达到目标温度之后获取环境采样温度；pi调节模块，用于根据所述环境采样温度与所述目标温度的差值，通过自适应pi调节算法确定功率输出值，其中，在自适应pi调节算法中，根据第k-1周期的温度超调量和第k-2周期的温度超调量确定第k周期的p参数，所述k为大于1的正整数；第一控制模块，用于根据所述功率输出值获得在当前周期中所述功率器件的控制参数，并根据所述控制参数控制所述功率器件的导通。
本发明实施例的电暖器的温度控制装置，在温度达到目标温度之后，进行自适应pi调节，根据第k-1周期的温度超调量和第k-2周期的温度超调量确定第k周期的p参数，可可以适应各种复杂环境，保持温度基本稳定，提高使用舒适性体验。
在本发明的一些实施例中，所述pi调节模块包括：
第一比例参数确定单元，用于在满足|m(k-1)-m(k-2)|≤φ且
第二比例参数确定单元，用于在满足m(k-1)>m(k-2)且kp(k-1)>kp(k-2)时，kp(k)＝kp(k-1)-δ，其中，kp(k-2)为所述第k-2周期的p参数，δ为设定变化量；
第三比例参数确定单元，用于在满足m(k-1)>m(k-2)且kp(k-1)<kp(k-2)时，kp(k)＝kp(k-1)+δ；
第四比例参数确定单元，用于在满足m(k-1)<m(k-2)且kp(k-1)>kp(k-2)时，kp(k)＝kp(k-1)+δ；
第五比例参数确定单元，用于在满足m(k-1)<m(k-2)且kp(k-1)<kp(k-2)时，kp(k)＝kp(k-1)-δ。
在本发明的一些实施例中，电暖器的温度控制装置还包括：第二获取模块，用于在检测到起动信号之后获取初始环境温度；确定模块，用于在获取环境采样温度之前根据所述初始环境温度与所述目标温度的差值确定软起动功率；查询模块，用于根据所述软起动功率获得功率器件的控制参数；第二控制模块，用于根据所述控制参数控制所述功率器件的导通以调节电暖器的热负载输出所述软起动功率，直至环境温度达到所述目标温度。随环境温度与目标温度的差值调节功率大小，可以快速有效地调节温度到设定目标温度，提高电暖器使用的舒适性体验。
在本发明的一些实施例中，所述查询模块，根据所述软起动功率查询软起动功率与导通角度的对应数据表获得所述功率器件的导通角度。
基于上述方面的温度控制装置，本发明再一方面实施例的电暖扇，包括：环境温度检测装置，用于检测环境温度；功率器件和热负载；和，所述的电暖器的温度控制装置。
本发明实施例的电暖器，通过上述的温度控制装置进行温度控制，可以适应多种环境，保持温度基本稳定，提高使用舒适性体验。
在本发明的一些实施例中，所述功率器件包括双向晶闸管和功率mos(metaloxidesemiconductor，金属-氧化物-半导体)管中的一种。
本发明的一些实施例还提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求1-4中任一项所述的电暖器的温度控制方法。
本发明的一些实施例还提出一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的电暖器的温度控制方法。
本发明的一些实施例还提出一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令由处理器执行时，执行所述的电暖器的温度控制方法。
附图说明
图1是相关技术中环境温度的继电器控制滞环控制恒温稳定性示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的电暖器控制原理框图；
图3是根据本发明的一个实施例的采用单向全波整流控制时驱动波形和整流输出波形示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的电暖器的温度控制方法的流程图；
图5是相关技术中环境温度变化曲线示意图；
图6是根据本发明的一个实施例的电暖器的温度控制方法的流程图；
图7是根据本发明的一个实施例的自适应pi调节算法原理图；
图8是根据本发明的一个实施例的自适应pi调节算法中p参数的调节过程的流程图；
图9是根据本发明实施例的电暖器的温度控制装置的框图；
图10是根据本发明的一个实施例的电暖器的温度控制装置的框图；
图11是根据本发明的一个实施例的电暖器的温度控制装置的框图；以及
图12是根据本发明实施例的电暖器的框图。
附图标记：
电暖器1000；
温度控制装置100、环境温度检测装置200、功率器件300和热负载400；
第一获取模块10、pi调节模块20和第一控制模块30，第二获取模块40、确定模块50、查询模块60和第二控制模块70；
第一比例参数确定单元21、第二比例参数确定单元22、第三比例参数确定单元23、第四比例参数确定单元24和第五比例参数确定单元25。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例的电暖器及其温度控制方法和温度控制装置。
本发明实施例的基本控制架构如图2所示，包括mcu控制、环境温度检测、过零检测、驱动电路、功率器件例如双向晶闸管或mos管，以及，热负载例如电偶棒，零线n，火线l。其中，功率器件对电偶棒驱动以发热，可以采用单相全波整流以及定时丢波的形式，从温度控制的时效性来说的话，单相全波整流的功率控制相对于定时丢波的形式更优，优选地，采用单向全波整流控制方式。
对于单相全波整流的功率控制方式，如图3所示是根据本发明的一个实施例的驱动波形和整流输出波形的示意图，其中，uo为负载输出电压，ug为驱动脉冲信号。在采用纯阻性负载例如图3中的电偶棒，根据功率计数公式计算出的输出功率有效值为：
下面参照附图描述根据本发明实施例的电暖器的温度控制方法。
图4所示是根据本发明实施例的电暖器的温度控制方法的流程图，如图4所示，该温度控制方法包括：
s1，在检测到起动信号之后获取初始环境温度。
例如，可以通过环境温度检测装置检测电暖器开启时的初始环境温度，并将初始环境温度传输至mcu；以及，用户可以通过操作设定装置设定所需的目标温度，设定装置将设定目标温度传输至mcu。
s2，根据初始环境温度与目标温度的差值确定软起动功率。
电暖器开机启动之后，需要经过一段时间的软起动，达到目标温度之后才进行恒温调控。在本发明的实施例中，根据初始环境温度与目标温度的差值设定软起动功率，具体来说，环境初始温度与目标温度的差值满足：p＝jp(tcmp-ts)，其中，p为软起动功率，jp为比例系数，tcmp为设定目标温度，ts为初始环境温度，通过上述关系即可获得软起动功率。当然，可以采用其他可适用的方式根据初始环境温度与目标温度的差值设定软起动功率。
s3，根据软起动功率获得功率器件的控制参数。
s4，根据控制参数控制功率器件的导通以调节电暖器的热负载的功率输出软起动功率，直至环境温度达到目标温度。
例如，根据软起动功率获得功率器件例如双向晶闸管或功率mos管的导通角度。为了控制更加简单，可以通过查表实现功率的线性控制，在本发明的一些实施例中，根据软起动功率查询软起动功率与导通角度的对应数据表获得功率器件的导通角度。例如，经过查表：α＝tab(p)，查询获得双向晶闸管对应的导通角，通过驱动电路控制双向晶闸管，改变双向晶闸管在设定周期内通断时间的比例，达到调节热负载两端电压即功率的目的，即言，热负载输出对应功率。
以上可以理解为电暖器的软起动控制过程，使得环境温度达到目标温度，而在相关技术中，在环境温度过低或者电暖器所处的环境空间过大时，用户设定在低档，环境温度从初始温度t0逐渐升高，但是，最终可能根本无法达到设定温度，如图5所示。而在本申请中，参照考虑环境温度，根据初始环境温度与设定目标温度的差值确定软起动功率，因而，可以避免出现上述的情况，随环境温度与目标温度的差值调节功率大小，可以快速有效地调节温度到设定目标温度，提高电暖器使用的舒适性体验。
进一步地，在环境温度达到目标温度之后，进行恒温调控。如图6所示，采用自适应pi调节来维持温度恒定，具体包括：
s10，在环境温度达到目标温度之后获取环境采样温度。
具体地，电暖器的热负载生热而改变环境温度，环境采样温度可以是热负载输出温度的反映例如图7中的tout，图7是根据本发明的一个实施例的进行pi调节的原理示意图，在这里，环境采样温度可以是采样稳定处理的环境温度值例如多个采样温度的平均值，如图6中根据采样比率因子对tout处理后的温度tb。
s20，根据环境采样温度与目标温度的差值，通过自适应pi调节算法确定电暖器的热负载的功率输出值。
参照图7所示，根据设定目标温度tcmp与环境采样温度即采样稳定处理值tb的差值设为δt，通过自适应pi调节算法确定功率输出值，其中，pi调节的比例环节主要为了提高动态性能，积分环节主要为了消除静态误差。在本发明的一个实施例中，pi调节器的离散差分后，第k周期输出为：
s30，根据功率输出值获得在当前周期中功率器件的控制参数，并根据控制参数控制功率器件的导通。
例如，如图7中pi调节获得功率输出值之后进行功率控制，以调节热负载的功率，进而改变环境温度。具体来说，可以通过查表得到对应功率输出值的导通角α的大小，参照图2和3所示，在每个周期过零后通过驱动电路控制双向晶闸管，输出对应功率。因为外界环境温度的变化是一个较为缓慢的过程，所以pi调节的控制步长也不会很短。
具体来说，在pi调节算法中，对于比例参数kp的自适应调节，如果满足|m(k-1)-m(k-2)|≤φ且
基于上述说明，图8是根据本发明的一个实施例的自适应pi调节算法中p参数调节的流程图，其中，在pi调节算法中，设定几个步长例如10个为一个周期，每个周期内记录温度超调量，如图8所示，具体包括：
s100，进入第k周期，判断是否满足|m(k-1)-m(k-2)|≤φ且
s110，kp(k)＝kp(k-1)。
s120，判断是否满足m(k-1)>m(k-2)，如果满足，则进入步骤s130，否则进入步骤s140。
s130，判断是否满足kp(k-1)>kp(k-2)，如果满足则进入步骤s160，否则进入步骤s150。
s140，判断是否满足kp(k-1)>kp(k-2)，如果满足则进入步骤s150，否则进入步骤s160。
s150，kp(k)＝kp(k-1)+δ。
s160，kp(k)＝kp(k-1)-δ。
综上所述，本发明实施例的电暖器的温度控制方法，在软起动时，根据初始环境温度与设定目标温度的差值确定软起动功率，可以快速有效地调节温度至目标温度；在达到目标温度之后，进行自适应pi调节，其中根据第k-1周期的温度超调量和第k-2周期的温度超调量确定第k周期的p参数，可以适应外界环境的变化，保持温度基本恒定，提高电暖器使用的舒适性体验。
下面参照附图描述根据本发明另一方面实施例的电暖器的温度控制装置。
图9是根据本发明实施例的电暖器的温度控制装置的框图，如图9所述，温度控制装置100包括第一获取模块10、pi调节模块20和第一控制模块30。
在环境温度达到目标温度之后，进行恒温调控。其中，第一获取模块10用于在环境温度达到目标温度后获取环境采样温度；电暖器的热负载生热而改变环境温度，环境采样温度可以是热负载输出温度的反映例如图7中的tout，在这里，环境采样温度可以是采样稳定处理的环境温度值，例如图7中根据采样比率因子对tout处理后的温度tb。
pi调节模块20用于根据环境采样温度与目标温度的差值，通过自适应pi调节算法确定功率输出值，其中，在自适应pi调节算法中，根据第k-1周期的温度超调量和第k-2周期的温度超调量确定第k周期的p参数，k为大于1的正整数，可以适应各种复杂环境，保持温度基本稳定，在下面详细说明。
第一控制模块30用于根据功率输出值获得在当前周期中功率器件的控制参数，并根据控制参数控制功率器件的导通。例如，通过查表得到对应功率输出值的导通角α的大小，如图2和3所示，在每个周期过零后通过驱动电路控制双向晶闸管，输出对应功率。因为外界环境温度的变化是一个较为缓慢的过程，所以pi调节的控制步长也不会很短。
具体来说，如图10所示为根据本发明的一个实施例的电暖器的温度控制装置的框图，pi调节模块20包括第一比例参数确定单元21、第二比例参数确定单元22、第三比例参数确定单元23、第四比例参数确定单元24和第五比例参数确定单元25。
其中，第一比例参数确定单元21用于在满足|m(k-1)-m(k-2)|≤φ且
第二比例参数确定单元22用于在满足m(k-1)>m(k-2)且kp(k-1)>kp(k-2)时，kp(k)＝kp(k-1)-δ，其中，kp(k-2)为第k-2周期的p参数，δ为设定变化量。
第三比例参数确定单元23用于在满足m(k-1)>m(k-2)且kp(k-1)<kp(k-2)时，kp(k)＝kp(k-1)+δ。
第四比例参数确定单元24用于在满足m(k-1)<m(k-2)且kp(k-1)>kp(k-2)时，kp(k)＝kp(k-1)+δ。
第五比例参数确定单元25用于在满足m(k-1)<m(k-2)且kp(k-1)<kp(k-2)时，kp(k)＝kp(k-1)-δ。
图11是根据本发明的一个实施例的电暖器的温度控制装置的框图，该温度控制装置100还包括第二获取模块40、确定模块50、查询模块60和第二控制模块70。
其中，第二获取模块40用于在检测到起动信号之后获取初始环境温度；确定模块50用于根据初始环境温度与目标温度的差值确定软起动功率。
查询模块60用于根据软起动功率获得功率器件的控制参数，例如，功率器件可以包括双向晶闸管或功率mos管。第二控制模块70用于根据控制参数控制功率器件的导通以调节电暖器的热负载输出软起动功率，直至环境温度达到目标温度。
为了控制更加简单，可以通过查表实现功率的线性控制，在本发明的一些实施例中，查询模块60根据软起动功率查询软起动功率与导通角度的对应数据表获得功率器件的导通角度。例如，经过查表：α＝tab(p)，查询获得双向晶闸管对应的导通角，通过驱动电路控制双向晶闸管，改变双向晶闸管在设定周期内通断时间的比例，达到调节热负载两端电压即功率的目的，即言，热负载输出对应功率。
考虑环境温度，根据初始环境温度与设定目标温度的差值确定软起动功率，因而，可以避免出现在环境温度过低或环境空间过大时还选择低档即低功率输出而不能达到设定温度的情况，随环境温度与目标温度的差值调节功率大小，可以快速有效地调节温度到设定目标温度，提高电暖器使用的舒适性体验。
本发明实施例的电暖器的温度控制装置100，在软起动时，确定模块50根据初始环境温度与设定目标温度的差值确定软起动功率，可以快速有效地调节温度至目标温度；在达到目标温度之后，pi调节模块20进行自适应pi调节，其中根据第k-1周期的温度超调量和第k-2周期的温度超调量确定第k周期的p参数，可以适应外界环境的变化，保持温度基本恒定，提高电暖器使用的舒适性体验。
基于上述方面实施例的电暖器的温度控制装置，下面参照附图描述根据本发明再一方面实施例的电暖器。
如图12所示是根据本发明实施例的电暖器的框图，电暖器1000包括上述方面的温度控制装置100、环境温度检测装置200、功率器件300和热负载400。
其中，环境温度检测装置200用于检测环境温度；温度控制装置100根据初始环境温度和设定目标温度确定软起动功率，以及，在达到恒温后，进行自适应pi调节，通过调节每个周期的p参数，适应环境的变化，温度控制装置100的具体控制过程参照上述说明，在此不再赘述。功率器件300根据温度控制装置100确定的控制参数开通以调节热负载400例如双向晶闸管或功率mos管的功率。
本发明实施例的电暖器1000，通过上述的温度控制装置100进行温度控制，可以快速有效地调节温度至目标温度，提高使用舒适性。
在本发明的一些实施例中，电暖器100的功率器件400可以采用双向晶闸管和功率mos管中的一种，没有继电器，没有噪音，提高使用寿命。
在本发明的一些实施例中还提出一种计算机设备，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时，实现上面实施例的电暖器的温度控制方法。
在本发明的一些实施例中还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上面实施例的电暖器的温度控制方法。
在本发明的一些实施例中还提出一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品中的指令由处理器执行时，执行上面实施例的电暖器的温度控制方法。
需要说明的是，在本说明的描述中，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
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