本發(fā)明涉及電火灶功率控制的，尤其涉及一種基于pid自適應(yīng)控制的電火灶功率控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、電火灶采用低溫等離子體技術(shù)，通過多點(diǎn)輸出穩(wěn)定功率的等離子體火炬來進(jìn)行烹飪。電火灶的工作原理依賴通電激活電弧，進(jìn)而電離空氣產(chǎn)生離子，最終實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定燃燒。目前，電火灶的控制方法較為簡單，功率控制缺乏自適應(yīng)性，在市電供電、移動(dòng)蓄電池供電以及新能源汽車電池供電等不同的供電條件下，電火灶在通電階段會(huì)受到電壓波動(dòng)、功率限制等因素的影響，導(dǎo)致等離子體電弧激活不穩(wěn)定、燃燒效率低等問題。

2、現(xiàn)有的電火灶功率控制方案并未充分考慮電火灶的多電源適配性以及功率動(dòng)態(tài)控制需求，因此亟需一種能夠自適應(yīng)多種供電方式的電火灶功率控制方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于pid自適應(yīng)控制的電火灶功率控制方法及系統(tǒng)，能夠適用于市電、蓄電池和新能源汽車電池等多種供電方式，提升電火灶在不同應(yīng)用場景的穩(wěn)定性和效率。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種基于pid自適應(yīng)控制的電火灶功率控制方法，該方法包括：

4、根據(jù)烹飪過程中實(shí)時(shí)獲取的設(shè)置在電火灶上鍋具的實(shí)際溫度變化，與電火灶的實(shí)際功率輸入，確定所述鍋具在當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容，以及相對(duì)上一時(shí)刻的熱容變化率；

5、基于自適應(yīng)pid控制算法，根據(jù)所述鍋具熱容和所述熱容變化率對(duì)所述電火灶的pid參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

6、根據(jù)調(diào)整后的pid參數(shù)以及所述電火灶的當(dāng)前溫度誤差確定所述電火灶的功率調(diào)整值；所述當(dāng)前溫度誤差為預(yù)設(shè)目標(biāo)溫度與當(dāng)前時(shí)刻所述鍋具的實(shí)際溫度的差值；

7、根據(jù)獲取的上一時(shí)刻所述電火灶的歷史功率輸入與所述功率調(diào)整值確定當(dāng)前計(jì)算功率輸入；

8、基于功率平滑機(jī)制，根據(jù)所述歷史功率輸入與所述當(dāng)前計(jì)算功率輸入確定目標(biāo)功率輸入。

9、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述pid參數(shù)包括比例增益參數(shù)；基于自適應(yīng)pid控制算法，根據(jù)所述鍋具熱容和所述熱容變化率對(duì)所述電火灶的pid參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整具體包括：

10、基于第一公式，根據(jù)所述鍋具熱容對(duì)所述電火灶的比例增益參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

11、所述第一公式具體為：

12、；

13、其中，；

14、表示調(diào)整后的比例增益參數(shù)，表示預(yù)設(shè)比例增益基準(zhǔn)值，表示預(yù)設(shè)最大比例增益，表示預(yù)設(shè)熱容中間值，表示控制曲線的預(yù)設(shè)陡峭程度參數(shù)，表示當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容。

15、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述pid參數(shù)還包括積分增益參數(shù)；基于自適應(yīng)pid控制算法，根據(jù)所述鍋具熱容和所述熱容變化率對(duì)所述電火灶的pid參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整具體包括：

16、基于第二公式，根據(jù)所述鍋具熱容對(duì)所述電火灶的積分增益參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

17、所述第二公式具體為：

18、；

19、其中，；

20、表示調(diào)整后的積分增益參數(shù)，表示預(yù)設(shè)積分增益基準(zhǔn)值，和分別表示預(yù)設(shè)熱容最低值和預(yù)設(shè)熱容最高值，和分別表示和對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)最低積分增益值和預(yù)設(shè)最高積分增益值。

21、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述pid參數(shù)還包括微分增益參數(shù)；基于自適應(yīng)pid控制算法，根據(jù)所述鍋具熱容和所述熱容變化率對(duì)所述電火灶的pid參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整具體包括：

22、基于第三公式，根據(jù)所述鍋具熱容和所述熱容變化率對(duì)所述電火灶的微分增益參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

23、所述第三公式具體為：

24、；

25、其中，；

26、表示調(diào)整后的微分增益參數(shù)，表示預(yù)設(shè)微分增益基準(zhǔn)值；為與鍋具熱容呈負(fù)相關(guān)的第一預(yù)設(shè)函數(shù)，的值隨鍋具熱容的增大而減小；為與鍋具的熱容變化率呈正相關(guān)的第二預(yù)設(shè)函數(shù)，的值隨鍋具的熱容變化率的增大而增大。

27、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，根據(jù)調(diào)整后的pid參數(shù)以及所述電火灶的當(dāng)前溫度誤差確定所述電火灶的功率調(diào)整值具體為：

28、基于第四公式，根據(jù)調(diào)整后的比例增益參數(shù)、積分增益參數(shù)、微分增益參數(shù)以及所述電火灶的當(dāng)前溫度誤差，確定所述電火灶的功率調(diào)整值；

29、所述第四公式具體為：

30、；

31、其中，表示當(dāng)前時(shí)刻的功率調(diào)整值，、以及分別表示當(dāng)前時(shí)刻調(diào)整后的比例增益參數(shù)、積分增益參數(shù)以及微分增益參數(shù)，表示當(dāng)前時(shí)刻對(duì)應(yīng)的當(dāng)前溫度誤差，表示積分區(qū)間[0,t]內(nèi)的任意時(shí)刻。

32、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，根據(jù)烹飪過程中實(shí)時(shí)獲取的設(shè)置在電火灶上鍋具的實(shí)際溫度變化，與電火灶的實(shí)際功率輸入，確定所述鍋具在當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容，以及相對(duì)上一時(shí)刻的熱容變化率，具體包括：

33、基于第五公式，根據(jù)烹飪過程中實(shí)時(shí)獲取的設(shè)置在電火灶上鍋具的實(shí)際溫度變化，與電火灶的實(shí)際功率輸入之間的非線性關(guān)系，確定所述鍋具在當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容；所述第五公式具體為：

34、；

35、其中，表示當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容，表示積分區(qū)間[,]內(nèi)的任意時(shí)刻，表示電火灶在時(shí)刻的實(shí)際功率輸入，表示鍋具溫度在時(shí)刻的實(shí)際溫度變化率，表示預(yù)設(shè)滑動(dòng)窗口時(shí)間長度；

36、基于第六公式確定所述鍋具在當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容相對(duì)上一時(shí)刻的熱容變化率；所述第六公式具體為：

37、；

38、其中，表示熱容變化率，表示上一時(shí)刻的鍋具熱容，表示上一時(shí)刻與當(dāng)前時(shí)刻之間的時(shí)間間隔。

39、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，基于功率平滑機(jī)制，根據(jù)所述歷史功率輸入與所述當(dāng)前計(jì)算功率輸入確定目標(biāo)功率輸入，具體為：

40、基于第七公式，根據(jù)所述歷史功率輸入與所述當(dāng)前計(jì)算功率輸入確定目標(biāo)功率輸入；所述第七公式具體為：

41、；

42、其中，；

43、其中，表示目標(biāo)功率輸入，表示歷史功率輸入，表示當(dāng)前計(jì)算功率輸入；表示動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)平滑因子，表示預(yù)設(shè)最大調(diào)節(jié)值，表示預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)參數(shù)。

44、第二方面，本發(fā)明提供一種基于pid自適應(yīng)控制的電火灶功率控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

45、第一處理單元，用于根據(jù)烹飪過程中實(shí)時(shí)獲取的設(shè)置在電火灶上鍋具的實(shí)際溫度變化，與電火灶的實(shí)際功率輸入，確定所述鍋具在當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容，以及相對(duì)上一時(shí)刻的熱容變化率；

46、第二處理單元，用于基于自適應(yīng)pid控制算法，根據(jù)所述鍋具熱容和所述熱容變化率對(duì)所述電火灶的pid參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

47、第三處理單元，用于根據(jù)調(diào)整后的pid參數(shù)以及所述電火灶的當(dāng)前溫度誤差確定所述電火灶的功率調(diào)整值；所述當(dāng)前溫度誤差為預(yù)設(shè)目標(biāo)溫度與當(dāng)前時(shí)刻所述鍋具的實(shí)際溫度的差值；

48、第四處理單元，用于根據(jù)獲取的上一時(shí)刻所述電火灶的歷史功率輸入與所述功率調(diào)整值確定當(dāng)前計(jì)算功率輸入；

49、第五處理單元，用于基于功率平滑機(jī)制，根據(jù)所述歷史功率輸入與所述當(dāng)前計(jì)算功率輸入確定目標(biāo)功率輸入。

50、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)pid參數(shù)包括比例增益參數(shù)時(shí)，所述第二處理單元被配置為執(zhí)行：

51、基于第一公式，根據(jù)所述鍋具熱容對(duì)所述電火灶的比例增益參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

52、所述第一公式具體為：

53、；

54、其中，；

55、表示調(diào)整后的比例增益參數(shù)，表示預(yù)設(shè)比例增益基準(zhǔn)值，表示預(yù)設(shè)最大比例增益，表示預(yù)設(shè)熱容中間值，表示控制曲線的預(yù)設(shè)陡峭程度參數(shù)，表示當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容。

56、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)pid參數(shù)還包括積分增益參數(shù)時(shí)，所述第二處理單元還被配置為執(zhí)行：

57、基于第二公式，根據(jù)所述鍋具熱容對(duì)所述電火灶的積分增益參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

58、所述第二公式具體為：

59、；

60、其中，；

61、表示調(diào)整后的積分增益參數(shù)，表示預(yù)設(shè)積分增益基準(zhǔn)值，和分別表示預(yù)設(shè)熱容最低值和預(yù)設(shè)熱容最高值，和分別表示和對(duì)應(yīng)的預(yù)設(shè)最低積分增益值和預(yù)設(shè)最高積分增益值。

62、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，當(dāng)pid參數(shù)還包括微分增益參數(shù)時(shí)，所述第二處理單元還被配置為執(zhí)行：

63、基于第三公式，根據(jù)所述鍋具熱容和所述熱容變化率對(duì)所述電火灶的微分增益參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；

64、所述第三公式具體為：

65、；

66、其中，；

67、表示調(diào)整后的微分增益參數(shù)，表示預(yù)設(shè)微分增益基準(zhǔn)值；為與鍋具熱容呈負(fù)相關(guān)的第一預(yù)設(shè)函數(shù)，的值隨鍋具熱容的增大而減??；為與鍋具的熱容變化率呈正相關(guān)的第二預(yù)設(shè)函數(shù)，的值隨鍋具的熱容變化率的增大而增大。

68、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第三處理單元具體被配置為執(zhí)行：

69、基于第四公式，根據(jù)調(diào)整后的比例增益參數(shù)、積分增益參數(shù)、微分增益參數(shù)以及所述電火灶的當(dāng)前溫度誤差，確定所述電火灶的功率調(diào)整值；

70、所述第四公式具體為：

71、；

72、其中，表示當(dāng)前時(shí)刻的功率調(diào)整值，、以及分別表示當(dāng)前時(shí)刻調(diào)整后的比例增益參數(shù)、積分增益參數(shù)以及微分增益參數(shù)，表示當(dāng)前時(shí)刻對(duì)應(yīng)的當(dāng)前溫度誤差，表示積分區(qū)間[0,t]內(nèi)的任意時(shí)刻。

73、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一處理單元具體被配置為執(zhí)行：

74、基于第五公式，根據(jù)烹飪過程中實(shí)時(shí)獲取的設(shè)置在電火灶上鍋具的實(shí)際溫度變化，與電火灶的實(shí)際功率輸入之間的非線性關(guān)系，確定所述鍋具在當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容；所述第五公式具體為：

75、；

76、其中，表示當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容，表示積分區(qū)間[,]內(nèi)的任意時(shí)刻，表示電火灶在時(shí)刻的實(shí)際功率輸入，表示鍋具溫度在時(shí)刻的實(shí)際溫度變化率，表示預(yù)設(shè)滑動(dòng)窗口時(shí)間長度；

77、基于第六公式確定所述鍋具在當(dāng)前時(shí)刻的鍋具熱容相對(duì)上一時(shí)刻的熱容變化率；所述第六公式具體為：

78、；

79、其中，表示熱容變化率，表示上一時(shí)刻的鍋具熱容，表示上一時(shí)刻與當(dāng)前時(shí)刻之間的時(shí)間間隔。

80、在一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第五處理單元具體被配置為執(zhí)行：

81、基于第七公式，根據(jù)所述歷史功率輸入與所述當(dāng)前計(jì)算功率輸入確定目標(biāo)功率輸入；所述第七公式具體為：

82、；

83、其中，；

84、其中，表示目標(biāo)功率輸入，表示歷史功率輸入，表示當(dāng)前計(jì)算功率輸入；表示動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)平滑因子，表示預(yù)設(shè)最大調(diào)節(jié)值，表示預(yù)設(shè)調(diào)節(jié)參數(shù)。

85、第三方面，本發(fā)明提供一種電子設(shè)備，該電子設(shè)備包括處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有至少一條指令、至少一段程序、代碼集或指令集，所述至少一條指令、所述至少一段程序、所述代碼集或指令集由所述處理器加載并執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)所述的基于pid自適應(yīng)控制的電火灶功率控制方法。

86、第四方面，本發(fā)明提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，該存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有至少一條指令、至少一段程序、代碼集或指令集，所述至少一條指令、所述至少一段程序、所述代碼集或指令集由處理器加載并執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)所述的基于pid自適應(yīng)控制的電火灶功率控制方法。

87、本發(fā)明實(shí)施例提供的基于pid自適應(yīng)控制的電火灶功率控制方法在實(shí)際應(yīng)用中，首先，根據(jù)實(shí)際烹飪過程中實(shí)時(shí)獲取的鍋具的實(shí)際溫度變化以及電火灶實(shí)際功率輸入，對(duì)鍋具熱容和熱容變化率進(jìn)行動(dòng)態(tài)估算；其次，基于自適應(yīng)pid控制算法根據(jù)確定的鍋具熱容和熱容變化率對(duì)電火灶的pid參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；再次，以預(yù)設(shè)目標(biāo)溫度與當(dāng)前時(shí)刻鍋具實(shí)際溫度之間的差值為當(dāng)前溫度誤差，根據(jù)當(dāng)前溫度誤差和調(diào)整后的pid參數(shù)確定電火灶的功率調(diào)整值；之后，根據(jù)上一時(shí)刻電火灶的歷史功率輸入與功率調(diào)整值確定當(dāng)前計(jì)算功率輸入；最后利用功率平滑機(jī)制對(duì)歷史功率輸入和當(dāng)前計(jì)算功率輸入進(jìn)行平滑處理，得到目標(biāo)功率輸入。本發(fā)明根據(jù)烹飪過程中實(shí)時(shí)獲取的設(shè)置在電火灶上鍋具的實(shí)際溫度變化，與電火灶的實(shí)際功率輸入，對(duì)電火灶上鍋具的鍋具熱容和熱容變化率進(jìn)行動(dòng)態(tài)估算，本發(fā)明采用自適應(yīng)pid控制算法根據(jù)計(jì)算得到的鍋具熱容和熱容變化率對(duì)電火灶的pid參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)不同供電設(shè)備向電火灶功率輸入的精準(zhǔn)控制；本發(fā)明采用功率平滑機(jī)制減小功率輸入的波動(dòng)，使功率輸入更加平穩(wěn)；因此，本發(fā)明能夠適用于市電、蓄電池和新能源汽車電池等多種供電方式，提升電火灶在不同應(yīng)用場景的穩(wěn)定性和效率。