本發(fā)明涉及衛(wèi)浴產(chǎn)品的加熱控制領(lǐng)域，特別是一種即熱式恒溫出水的加熱控制方法。

背景技術(shù)：

在智能馬桶中，即熱式恒溫出水必須要滿足以下要求：1)出水1秒內(nèi)水溫達(dá)到35度以上，5秒內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度；2)最高水溫不超過42度；3)穩(wěn)態(tài)時溫度波動小于1度；4)當(dāng)流量和電壓變化時的適應(yīng)性。因此，對于水溫的控制就顯得尤為重要。

現(xiàn)有技術(shù)的用于即熱式恒溫出水需要包含有電壓檢測傳感器，通過檢測電壓后調(diào)整加熱器的輸出功率，檢測和調(diào)整過程繁瑣，且由于增加了電壓傳感器，增加了生產(chǎn)的成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提出一種即熱式恒溫出水的加熱控制方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種即熱式恒溫出水的加熱控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)打開進(jìn)水閥，按理論功率的一定比率進(jìn)行加熱，持續(xù)的加熱時間為t；

2)根據(jù)當(dāng)前出水溫度、初始進(jìn)水溫度、流量并結(jié)合理論功率計算當(dāng)前工作電壓；

3)根據(jù)工作電壓、流量、溫差計算理論需求功率進(jìn)行加熱；

4)若當(dāng)前出水溫度與設(shè)定溫度差值為c，則開始采用PID算法調(diào)整。

在步驟1)中，打開進(jìn)水閥后，先判斷初始進(jìn)水溫度是否大于等于設(shè)定溫度，若是，則關(guān)閉進(jìn)水閥；若否，則按理論功率的一定比率進(jìn)行加熱。

優(yōu)選的，所述的比率為65％-75％。

優(yōu)選的，在步驟1)中所述的t根據(jù)進(jìn)水閥打開至開始噴小水所需的時間及加熱器的溫升曲線進(jìn)行設(shè)定，取值范圍為5s-6s。

優(yōu)選的，所述的理論功率＝流量*(設(shè)定溫度-初始進(jìn)水溫度)*比熱容。

優(yōu)選的，在步驟2)中，當(dāng)前工作電壓²＝(實際功率/理論功率)*220²，其中實際功率＝流量*(當(dāng)前出水溫度-初始進(jìn)水溫度)*比熱容/60。

優(yōu)選的，在步驟3)，理論需求功率＝流量*(設(shè)定溫度-當(dāng)前出水溫度)*比熱容/60。

優(yōu)選的，在步驟4)中所述c的取值范圍為1.5℃-2.5℃。

優(yōu)選的，所述的PID算法包括增量式PID算法和抗積分飽和PID算法。

優(yōu)選的，采用增量式PID算法按增量增加功率，并在接近設(shè)定溫度時，加入抗積分飽和PID算法對增量進(jìn)行判斷是否超出設(shè)定范圍。

由上述對本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本發(fā)明的方法，側(cè)重于出水控制的啟動階段，利用噴水前的時間進(jìn)行預(yù)熱，在噴水時可以快速達(dá)到目標(biāo)溫度，且無電壓檢測部件，采用模糊算法估算當(dāng)前電壓值，降低生產(chǎn)成本、檢驗成本等；

2、本發(fā)明的方法，第一次打開進(jìn)水閥開始加熱，此時按理論功率的70％進(jìn)行加熱，持續(xù)加熱時間5.5秒，通過這一段加熱時間所產(chǎn)生的溫升來計算當(dāng)前工作電壓，同時70％的功率即使是253Vac的電壓也不會造成出水溫度過沖。另外，從加熱器的溫升曲線可以看出此時加熱器的功率正好進(jìn)入穩(wěn)態(tài)輸出階段；在5.5秒時，正好完成伸桿動作進(jìn)入小噴水階段，小噴水階段的水流量保持相對穩(wěn)定。

3、本發(fā)明的方法，在電壓或流量劇烈波動的時候，引入了抗積分飽和PID算法進(jìn)行調(diào)整，具有更高的靈敏度和穩(wěn)定性，可以更快速的將溫度調(diào)節(jié)至穩(wěn)定。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程圖；

圖2為陶瓷加熱器的溫度特性曲線；

圖3為陶瓷加熱器的功率特性曲線；

圖4為增量PID算法原理圖。

具體實施方式

以下通過具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明可應(yīng)用于智能馬桶中，該智能馬桶內(nèi)設(shè)置有伸縮桿、切換閥、進(jìn)水閥、進(jìn)水傳感器、出水傳感器、加熱器和流量計等。以智能馬桶臀洗為例，各部件動作過程如下：伸縮桿歸位、切換閥切換到自潔位置，打開進(jìn)水閥且伸縮桿伸出，伸縮桿到位后關(guān)閉進(jìn)水閥；切換閥切換到臀洗位置，打開進(jìn)水閥，先小噴水，之后大噴水。上述過程中，通常從第一次打開進(jìn)水閥且伸縮桿伸出開始至小噴水，加上關(guān)閉進(jìn)水閥動作(300ms)，整個過程需要5.5s左右，進(jìn)入小噴水階段后，水流量保持相對穩(wěn)定。

另外，采用的加熱器通常為陶瓷加熱器，其屬于PTC類原件，故其溫度特性曲線也與PTC熱敏電阻相同，參見圖2。圖中的Rmax為最大電阻，Rmin為最小電阻，R25為常溫電阻，Tmin為最小電阻對應(yīng)溫度，Tsw為開關(guān)溫度，Ts為發(fā)熱表面溫度，Tmax最大電阻對應(yīng)溫度。當(dāng)陶瓷加熱器的溫度上升到開關(guān)溫度Tsw以上時，其電阻將迅速增加1000倍以上。陶瓷加熱器的起始電阻比較小，所以，當(dāng)穩(wěn)定的電壓施加到其上時，會出現(xiàn)比較大的起始電流；然后，陶瓷加熱器的溫度上升，電流達(dá)到最大電流；隨后，陶瓷加熱器的電阻增加，電流因而下降，最后降到穩(wěn)定值。從另一個角度考慮，陶瓷加熱器具有比較大的起始電流，使其的發(fā)熱速度加快，有利于盡快使溫度達(dá)到穩(wěn)定。

參照圖3，從陶瓷加熱器的溫功率特性曲線可看出當(dāng)開始加熱并持續(xù)5.5s后，加熱器的功率正好進(jìn)入穩(wěn)態(tài)輸出階段。

因此，參照圖1，本發(fā)明提出一種即熱式恒溫出水的加熱控制方法，包括如下步驟：

1)打開進(jìn)水閥后，先判斷初始進(jìn)水溫度是否大于等于設(shè)定溫度T，若是，則關(guān)閉進(jìn)水閥并報錯；若否，則按理論功率的一定比率進(jìn)行加熱，持續(xù)的加熱時間為t。其中：理論功率＝流量*(設(shè)定溫度-初始進(jìn)水溫度)*比熱容/60。該比率為65％-75％，最優(yōu)為70％。t取值范圍為5s-6s，最優(yōu)為5.5s，t的取值根據(jù)前文中進(jìn)水閥打開至開始噴小水所需的時間及加熱器的溫升曲線等進(jìn)行設(shè)定，。例如：當(dāng)流量＝500ml/min，初始進(jìn)水溫度＝5℃，設(shè)定溫度＝39℃(考慮到溫度補償，實際按40℃控制)，電壓＝220Vac，比熱容為4.2時，每秒需要的理論功率為：

(40-5)*4.2*500/60＝1225W。

2)根據(jù)當(dāng)前出水溫度、初始進(jìn)水溫度、流量并結(jié)合理論功率計算當(dāng)前工作電壓。其中：當(dāng)前工作電壓²＝(實際功率/理論功率)*220²，實際功率＝流量*(當(dāng)前出水溫度-初始進(jìn)水溫度)*比熱容/60。

3)根據(jù)工作電壓、流量、溫差計算理論需求功率進(jìn)行加熱；理論需求功率＝流量*(設(shè)定溫度-當(dāng)前出水溫度)*比熱容/60.

4)為了防止過沖并提前加入PID調(diào)節(jié)，若當(dāng)前出水溫度與設(shè)定溫度差值為c，則開始采用PID算法調(diào)整。該c的取值范圍為1.5℃-2.5℃。PID算法包括增量式PID算法和抗積分飽和PID算法。具體的，采用增量式PID算法按增量增加功率，并在接近設(shè)定溫度時(例如當(dāng)前水溫＝設(shè)定溫度-1℃)，加入抗積分飽和PID算法對增量式PID算法的每次增量進(jìn)行判斷是否超出設(shè)定范圍，如此往復(fù)，實現(xiàn)恒溫。

其中：增量式PID算法是指數(shù)字控制器的輸出為控制量的增量，公式如下：

可知，對于計算機控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定式中的A、B、C，只要使用前后三次測量的偏差值，即可由上式求出控制量△u_k，控制原理圖參見圖4。

抗積分飽和PID算法為：在計算u(k)時，首先判斷上一時刻的控制量u(k-1)是否已經(jīng)超出了范圍，如果u(k-1)>umax，則只累加負(fù)偏差，如果u(k-1)<umax，累加正偏差。

上述僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的設(shè)計構(gòu)思并不局限于此，凡利用此構(gòu)思對本發(fā)明進(jìn)行非實質(zhì)性的改動，均應(yīng)屬于侵犯本發(fā)明保護范圍的行為。