一种分段自适应PI燃气热水器恒温控制方法

本发明涉及一种分段自适应pi燃气热水器恒温控制方法，属于恒温控制技术领域。

背景技术：

为了提高燃气热水器的快速性与舒适性，各种控制算法被应用到燃气热水器中。目前燃气热水器普遍采用的是pid控制方法，此方法实现简单，但在水流变化时难以取得满意的控制效果。后来陆续有人提出了模糊控制，神经网络控制，专家系统，智能控制等方法来提升热水器的恒温控制性能，但这些方法计算复杂，对控制芯片要求较高，增加了工业生产成本。随着燃气热水器制造技术和传感器的发展，以及精确的测量平台，使得热水器模型的建立变得更加精确和简便。基于的热水器其进水温度、出水温度和水流量均可测量，且要求不进行太过复杂的运算且兼顾恒温控制性能的背景下，本发明提供一种分段自适应pi燃气热水器恒温控制方法。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是提供一种分段自适应pi燃气热水器恒温控制方法，能对热水器进行恒温控制，并且加快响应时间，减少超调量，且在水流变化的情况下能够取得良好的控制效果。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的分段自适应pi燃气热水器恒温控制方法，包括以下步骤：

s1：根据能量守恒定律建立热水器系统模型，其热水器系统模型为：

其中，η为燃烧热效率，k为电流与燃气阀开度的比例系数，h为天然气热值，wf为水流量大小，ρ为水的密度，ce为水的比热容，m为热水器内水管的水的质量，tstart为热水器点火时延、r为水管半径，l为水管长度。

5、s2：根据热水器系统模型，采用极点配置法在线整定控制参数；采用形式如下的pi控制器：

将步骤s1中的热水器系统模型简写为：

其中

忽略纯滞后环节带来的多重零极点，则热水器系统的闭环传递函数为：

则热水器系统闭环传递函数的零点为：

热水器系统闭环传递函数的极点为：

采用零极点配置法，将一个极点配置到零点上，则

则可以得到控制参数为：

s3：根据设定温度与出水温度之差的阈值范围来调整控制参数的比例系数。若设定温度与出水温度之差为e，阈值为λp，控制参数比例系数为α，则控制参数为：

s4：为避免水流波动对控制参数的扰动，进而对控制系统的稳态性能产生影响，当水流量变化超过0.5l/min时才更新参数。

有益效果：本发明公开了一种分段自适应pi燃气热水器恒温控制方法，能够加快响应速度，减少超调量，并能够在线调整pi参数，在水流变化的情况下仍有良好的控制效果。此方法计算简单，适用于工业生产中。

附图说明

图1为本发明控制系统结构框图；

图2不同水流量下传统pi和分段自适应pi的温度曲线。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。该实施案例仅仅是对本发明的技术方案进行更加清晰的验证，只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

值得一提的是，除非另有说明，本发明申请中使用的技术术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示，一种分段自适应pi燃气热水器恒温控制方法，包括以下步骤：

s1：根据能量守恒定律建立热水器系统模型，其热水器系统模型为：

其中，η为燃烧热效率，k为电流与燃气阀开度的比例系数，h为天然气热值，wf为水流量大小，ρ为水的密度，ce为水的比热容，m为热水器内水管的水的质量，tstart为热水器点火时延、r为水管半径，l为水管长度。

6、s2：根据热水器系统模型，采用极点配置法在线整定控制参数；采用形式如下的pi控制器：

将步骤s1中的热水器系统模型简写为：

其中

忽略纯滞后环节带来的多重零极点，则热水器系统的闭环传递函数为：

则热水器系统闭环传递函数的零点为：

热水器系统闭环传递函数的极点为：

采用零极点配置法，将一个极点配置到零点上，则

则可以得到控制参数为：

s3：根据设定温度与出水温度之差的阈值范围来调整控制参数的比例系数。若设定温度与出水温度之差为e，阈值为λp，控制参数比例系数为α，则控制参数为：

s4：为避免水流波动对控制参数的扰动，进而对控制系统的稳态性能产生影响，当水流量变化超过0.5l/min时才更新参数，如图2所示，不同水流量下传统pi和分段自适应pi的温度曲线。

最后应说明的是：上面的实施案例仅仅是对该技术方案的详细阐明，而非对其限制；尽管参照该具体实施案例对本发明的技术方案进行了说明，本领域的普通技术人员应当表示理解；其依然可以对该实施案例的方案进行修改，或者针对于其中部分进行同等替换；该修改或者替换行为，并不能使其本质脱离本发明所提出的技术方案的范围，均应包含于本发明的权利要求和说明书的范围之中。