一种电子坐便器的恒温加热控制方法
一种电子坐便器的恒温加热控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫浴产品加热控制领域，特别是一种电子坐便器的恒温加热控制方 法。
【背景技术】
[0002] 市场上的智能电子坐便器，能喷出暖水清洁人体，其暖水水源通过安装于坐便器 内的水箱提供。水箱内设有加热器，通过将水加热到使用者设定的温度后，经喷水系统作用 喷出。
[0003] 现有的智能电子坐便器的加热方式，通常采用出水时即时加热，其按照流量和出 水温度计算得到加热功率，采用该种加热控制方式，温水喷出的持续时间短，喷出水温下降 快。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种温水喷出持续时间 长、加热效率高的电子坐便器的恒温加热控制方法。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种电子坐便器的恒温加热控制方法，应用于冲洗状态下，其特征在于：用户预先 设定出水温度为T，且令温度差值包括a、b、c，且a>b>c;具体包括如下步骤
[0007] 1)判断出水温度是否大于T+a，若是，则停止加热；若否，则判断进水温度是否大 于T，若是，则停止加热，若否则进入步骤2);
[0008] 2)判断出水温度是否大于T+b，若是，则根据出水水温变化趋势来停止加热或启 动加热；若否，则判断出水温度是否小于T+c，若是，则根据进水温度和最大流量计算最大 加热功率Pmax，并以Pmax功率进行加热，若否，贝1」进入步骤3);
[0009] 3)根据进水温度及当前流量计算基础功率Pbase，根据进水温度和最大流量计算 最大加热功率Pmax，对温度偏差采用PID算法计算得到修正功率Padj，根据Pbase和Padj 计算得到实际功率Pneed，最后根据Pneed和Pmax确定输出加热功率进行加热。
[0010] 优选的，在步骤2)中，C为负值，且所述的根据进水温度和最大流量计算最大加热 功率Pmax，具体为Pmax=最大流量* (T-进水温度）*比热容。
[0011] 优选的，在步骤3)中，Pbase=当前流量*(T-进水温度）*比热容。
[0012] 优选的，在步骤3)中，Padj=Kp*温度偏差+Ti*温度偏差的积分+Td*温度偏差 的微分，所述温度偏差为预设出水温度与当前出水温度的差值，Kp、Ti、Td分别为比例系数、 积分时间常数和微分时间常数。
[0013]优选的，在步骤3)中，Pneed=Pbase+Padj〇
[0014] 优选的，在步骤3)中，最后选择Pneed和Pmax中较小值作为输出的加热功率进行 加热。
[0015] 优选的，所述电子坐便器通过水路换向阀切换出水模式，所述当前流量与所述最 大流量由出水模式决定。
[0016] 优选的，通过设置于水箱内的进水温度传感器和出水温度传感器分别检测进水温 度和出水温度。
[0017] 由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0018] 本发明应用于电子智能坐便器冲洗状态时的即时加热控制，根据出水温度与预先 设定的出水温度差值来选择不同加热方式，以保证温水喷出持续时间长、加热效率高。
[0019] 本发明在出水温度小于并接近预先设定的出水温度时，通过进水温度和当前流量 确定基础加热功率，根据当前出水温度与预设温度的偏差结合PID算法得到修正功率，进 一步计算进行输出加热功率的调节，加热控制灵活、稳定性强、误差小。
【附图说明】
[0020] 图1为电子坐便器的水加热控制主流程图；
[0021] 图2为本发明的恒温加热控制方法（冲洗状态下）。
【具体实施方式】
[0022] 以下通过【具体实施方式】对本发明作进一步的描述。
[0023] 参照图1，电子坐便器的水加热控制主流程包括如下：先判断是否处于冲洗状态， 若是，则应用本发明的恒温加热控制方法；若否，则判断用户是否落座，若是，则采用用户落 座水位加热控制方法，若否，则采用保温控制方法。
[0024] 本发明的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，应用于冲洗状态下。该电子坐便 器包括水箱、加热器、进水温度传感器、出水温度传感器、可控硅、水路换向阀、喷嘴出水装 置及控制系统。该加热器位于水箱内，该进水温度传感器和出水温度传感器分别位于水箱 的进水口和出水口。该可控硅与控制系统和加热器相连，用于根据控制系统的命令控制加 热器的加热功率。该水路换向阀与喷嘴出水装置和控制系统相连，用于根据控制系统的命 令控制当前出水模式，且不同出水模式的流量不同。
[0025] 参照图2,用户预先设定出水温度为T，且令温度差值包括a、b、c，且a >b > c，具 体的恒温加热控制方法包括如下步骤：
[0026] 1)判断出水温度是否大于T+a，若是，则停止加热；若否，则判断进水温度是否大 于T，若是，则停止加热，若否则进入步骤2);
[0027] 2)判断出水温度是否大于T+b，若是，则根据出水水温变化趋势来停止加热或启 动加热，即出水温度升高，则停止加热，出水温度较低，则启动加热。
[0028] 若否，则判断出水温度是否小于T+c，c为负值，若是，则根据进水温度和最大流量 计算最大加热功率Pmax，并以Pmax功率进行加热，Pmax =最大流量*(T_进水温度）*比热 容，比热容即为水的比热容。若否，则进入步骤3);
[0029] 3)根据进水温度及当前流量计算基础功率Pbase，PbaSe =当前流量*(T_进水温 度）*比热容。根据进水温度和最大流量计算最大加热功率Pmax，Pmax =最大流量*(T-进 水温度）*比热容。根据出水温度与温度偏差结合PID算法计算修正功率Padj，Padj = Kp* 温度偏差+Ti*温度偏差的积分+Td*温度偏差的微分，温度偏差为预设出水温度与当前出 水温度的差值，Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分常数和微分常数。
[0030]然后，根据Pbase和Padj计算得到实际功率Pneed，Pneed = Pbase+Padj〇
[0031] 最后，选择Pneed和Pmax中较小值作为输出加热功率进行加热。
[0032] 具体的，根据现有的PID算法的离散化公式
，e(k)为当前温度偏差，其中的比例项，能反应系统的基本（当前） 偏差；积分项，反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分 调节就进行，直至无误差；微分项，反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变 化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。
[0033] 举例说明：假设进水温度为15°C，出水温度为38°C，预先设定的出水温度T= 39°C，出水模式包括5档位，当前流量为560ml/min(9. 33ml/second)，最大流量为720ml/ min(12ml/second)，水的比热容为 4. 2X10~3 焦八千克X°C)。a= 2°C，b= 0? 8°C，c =-4°C〇
[0034] 则Pbase=当前流量*(T_进水温度）*比热容=9. 33ml/ 8*(39。〇-15。〇*4.2\10~3焦八千克父。〇= 940评；
[0035]Pmax=Pmax=最大流量*(T_进水温度）*比热容=12ml/ 8*(39。〇-15。〇*4.2\10~3焦八千克父。〇= 1209评；
[0036]Padj=Kp*温度偏差+Ti*温度偏差的积分+Td*温度偏差的微分，温度偏差为预 设出水温度与当前出水温度的差值，则为39°C-38°C= 1°C。Kp、Ti、Td分别为比例系数、积 分时间常数和微分时间常数，假设取值分别为8、0. 2、0. 5,则Padj= 8*1+0. 2*1+0. 5*0 = 8. 2w〇
[0037] Pneed = Pbase+Padj = 940w+8. 2w= 948. 2w〇
[0038] 因Pneed<Pmax，则以Pneed= 948. 2w作为输出加热功率控制加热。
[0039] 本发明根据出水温度情况分三种方式控制水箱加热：当出水温度比预设温度高 时，根据出水温度变化的趋势控制，升则关闭加热，降则启动加热；当出水温度比预设温度 较低时（实际为低4度以上）以允许的最大功率加热；当出水温度与预设温度在一定范围 内时，通过进水温度和当前流量确定基础加热功率，根据当前出水温度与预设温度的偏差 结合PID算法得到修正功率，进一步计算进行输出加热功率的调节，加热控制灵活、稳定性 强、误差小。
[0040] 上述仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此 构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
【主权项】
1. 一种电子坐便器的恒温加热控制方法，应用于冲洗状态下，其特征在于：用户预先 设定出水温度为T，且令温度差值包括a、b、c，且a>b>c;具体包括如下步骤 1) 判断出水温度是否大于T+a，若是，则停止加热；若否，则判断进水温度是否大于T， 若是，则停止加热，若否则进入步骤2); 2) 判断出水温度是否大于T+b，若是，则根据出水水温变化趋势来停止加热或启动加 热；若否，则判断出水温度是否小于T+c，若是，则根据进水温度和最大流量计算最大加热 功率Pmax，并以Pmax功率进行加热，若否，贝Ij进入步骤3); 3) 根据进水温度及当前流量计算基础功率Pbase，根据进水温度和最大流量计算最大 加热功率Pmax，对温度偏差采用PID算法计算得到修正功率Padj，根据Pbase和Padj计算 得到实际功率Pneed，最后根据Pneed和Pmax确定输出加热功率进行加热。2. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：在步骤2) 中，c为负值，且所述的根据进水温度和最大流量计算最大加热功率Pmax，具体为Pmax=最 大流量* (T-进水温度）*比热容。3. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：在步骤3) 中，Pbase=当前流量*(T_进水温度）*比热容。4. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：在步骤3) 中，Padj=Kp*温度偏差+Ti*温度偏差的积分+Td*温度偏差的微分，所述温度偏差为预 设出水温度与当前出水温度的差值，Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分时间常数和微分时间 常数。5. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：在步骤3) 中，Pneed=Pbase+Padj〇6. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：在步骤3) 中，最后选择Pneed和Pmax中较小值作为输出的加热功率进行加热。7. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：所述电子 坐便器通过水路换向阀切换出水模式，所述当前流量与所述最大流量由出水模式决定。8. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：通过设置 于水箱内的进水温度传感器和出水温度传感器分别检测进水温度和出水温度。
【专利摘要】一种电子坐便器的恒温加热控制方法，应用于电子智能坐便器冲洗状态时的即时加热控制，根据出水温度与预先设定的出水温度差值来选择不同加热方式，以保证温水喷出持续时间长、加热效率高。本发明根据出水温度情况分三种方式控制水箱加热：当出水温度比预设温度高时，根据出水温度变化的趋势控制，升则关闭加热，降则启动加热；当出水温度比预设温度较低时(实际为低4度以上)以允许的最大功率加热；当出水温度与预设温度在一定范围内时，通过进水温度和当前流量确定基础加热功率，根据当前出水温度与预设温度的偏差结合PID算法得到修正功率，进一步计算进行输出加热功率的调节，加热控制灵活、稳定性强、误差小。
【IPC分类】G05D23/30
【公开号】CN104898738
【申请号】CN201510150741
【发明人】林孝发, 林孝山, 林山, 吴秋云
【申请人】厦门科牧智能技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月1日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫浴产品加热控制领域，特别是一种电子坐便器的恒温加热控制方 法。
【背景技术】
[0002] 市场上的智能电子坐便器，能喷出暖水清洁人体，其暖水水源通过安装于坐便器 内的水箱提供。水箱内设有加热器，通过将水加热到使用者设定的温度后，经喷水系统作用 喷出。
[0003] 现有的智能电子坐便器的加热方式，通常采用出水时即时加热，其按照流量和出 水温度计算得到加热功率，采用该种加热控制方式，温水喷出的持续时间短，喷出水温下降 快。
【发明内容】
[0004] 本发明的主要目的在于克服现有技术中的上述缺陷，提出一种温水喷出持续时间 长、加热效率高的电子坐便器的恒温加热控制方法。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种电子坐便器的恒温加热控制方法，应用于冲洗状态下，其特征在于：用户预先 设定出水温度为T，且令温度差值包括a、b、c，且a>b>c;具体包括如下步骤
[0007] 1)判断出水温度是否大于T+a，若是，则停止加热；若否，则判断进水温度是否大 于T，若是，则停止加热，若否则进入步骤2);
[0008] 2)判断出水温度是否大于T+b，若是，则根据出水水温变化趋势来停止加热或启 动加热；若否，则判断出水温度是否小于T+c，若是，则根据进水温度和最大流量计算最大 加热功率Pmax，并以Pmax功率进行加热，若否，贝1」进入步骤3);
[0009] 3)根据进水温度及当前流量计算基础功率Pbase，根据进水温度和最大流量计算 最大加热功率Pmax，对温度偏差采用PID算法计算得到修正功率Padj，根据Pbase和Padj 计算得到实际功率Pneed，最后根据Pneed和Pmax确定输出加热功率进行加热。
[0010] 优选的，在步骤2)中，C为负值，且所述的根据进水温度和最大流量计算最大加热 功率Pmax，具体为Pmax=最大流量* (T-进水温度）*比热容。
[0011] 优选的，在步骤3)中，Pbase=当前流量*(T-进水温度）*比热容。
[0012] 优选的，在步骤3)中，Padj=Kp*温度偏差+Ti*温度偏差的积分+Td*温度偏差 的微分，所述温度偏差为预设出水温度与当前出水温度的差值，Kp、Ti、Td分别为比例系数、 积分时间常数和微分时间常数。
[0013]优选的，在步骤3)中，Pneed=Pbase+Padj〇
[0014] 优选的，在步骤3)中，最后选择Pneed和Pmax中较小值作为输出的加热功率进行 加热。
[0015] 优选的，所述电子坐便器通过水路换向阀切换出水模式，所述当前流量与所述最 大流量由出水模式决定。
[0016] 优选的，通过设置于水箱内的进水温度传感器和出水温度传感器分别检测进水温 度和出水温度。
[0017] 由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0018] 本发明应用于电子智能坐便器冲洗状态时的即时加热控制，根据出水温度与预先 设定的出水温度差值来选择不同加热方式，以保证温水喷出持续时间长、加热效率高。
[0019] 本发明在出水温度小于并接近预先设定的出水温度时，通过进水温度和当前流量 确定基础加热功率，根据当前出水温度与预设温度的偏差结合PID算法得到修正功率，进 一步计算进行输出加热功率的调节，加热控制灵活、稳定性强、误差小。
【附图说明】
[0020] 图1为电子坐便器的水加热控制主流程图；
[0021] 图2为本发明的恒温加热控制方法（冲洗状态下）。
【具体实施方式】
[0022] 以下通过【具体实施方式】对本发明作进一步的描述。
[0023] 参照图1，电子坐便器的水加热控制主流程包括如下：先判断是否处于冲洗状态， 若是，则应用本发明的恒温加热控制方法；若否，则判断用户是否落座，若是，则采用用户落 座水位加热控制方法，若否，则采用保温控制方法。
[0024] 本发明的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，应用于冲洗状态下。该电子坐便 器包括水箱、加热器、进水温度传感器、出水温度传感器、可控硅、水路换向阀、喷嘴出水装 置及控制系统。该加热器位于水箱内，该进水温度传感器和出水温度传感器分别位于水箱 的进水口和出水口。该可控硅与控制系统和加热器相连，用于根据控制系统的命令控制加 热器的加热功率。该水路换向阀与喷嘴出水装置和控制系统相连，用于根据控制系统的命 令控制当前出水模式，且不同出水模式的流量不同。
[0025] 参照图2,用户预先设定出水温度为T，且令温度差值包括a、b、c，且a >b > c，具 体的恒温加热控制方法包括如下步骤：
[0026] 1)判断出水温度是否大于T+a，若是，则停止加热；若否，则判断进水温度是否大 于T，若是，则停止加热，若否则进入步骤2);
[0027] 2)判断出水温度是否大于T+b，若是，则根据出水水温变化趋势来停止加热或启 动加热，即出水温度升高，则停止加热，出水温度较低，则启动加热。
[0028] 若否，则判断出水温度是否小于T+c，c为负值，若是，则根据进水温度和最大流量 计算最大加热功率Pmax，并以Pmax功率进行加热，Pmax =最大流量*(T_进水温度）*比热 容，比热容即为水的比热容。若否，则进入步骤3);
[0029] 3)根据进水温度及当前流量计算基础功率Pbase，PbaSe =当前流量*(T_进水温 度）*比热容。根据进水温度和最大流量计算最大加热功率Pmax，Pmax =最大流量*(T-进 水温度）*比热容。根据出水温度与温度偏差结合PID算法计算修正功率Padj，Padj = Kp* 温度偏差+Ti*温度偏差的积分+Td*温度偏差的微分，温度偏差为预设出水温度与当前出 水温度的差值，Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分常数和微分常数。
[0030]然后，根据Pbase和Padj计算得到实际功率Pneed，Pneed = Pbase+Padj〇
[0031] 最后，选择Pneed和Pmax中较小值作为输出加热功率进行加热。
[0032] 具体的，根据现有的PID算法的离散化公式
，e(k)为当前温度偏差，其中的比例项，能反应系统的基本（当前） 偏差；积分项，反应系统的累计偏差，使系统消除稳态误差，提高无差度，因为有误差，积分 调节就进行，直至无误差；微分项，反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变 化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。
[0033] 举例说明：假设进水温度为15°C，出水温度为38°C，预先设定的出水温度T= 39°C，出水模式包括5档位，当前流量为560ml/min(9. 33ml/second)，最大流量为720ml/ min(12ml/second)，水的比热容为 4. 2X10~3 焦八千克X°C)。a= 2°C，b= 0? 8°C，c =-4°C〇
[0034] 则Pbase=当前流量*(T_进水温度）*比热容=9. 33ml/ 8*(39。〇-15。〇*4.2\10~3焦八千克父。〇= 940评；
[0035]Pmax=Pmax=最大流量*(T_进水温度）*比热容=12ml/ 8*(39。〇-15。〇*4.2\10~3焦八千克父。〇= 1209评；
[0036]Padj=Kp*温度偏差+Ti*温度偏差的积分+Td*温度偏差的微分，温度偏差为预 设出水温度与当前出水温度的差值，则为39°C-38°C= 1°C。Kp、Ti、Td分别为比例系数、积 分时间常数和微分时间常数，假设取值分别为8、0. 2、0. 5,则Padj= 8*1+0. 2*1+0. 5*0 = 8. 2w〇
[0037] Pneed = Pbase+Padj = 940w+8. 2w= 948. 2w〇
[0038] 因Pneed<Pmax，则以Pneed= 948. 2w作为输出加热功率控制加热。
[0039] 本发明根据出水温度情况分三种方式控制水箱加热：当出水温度比预设温度高 时，根据出水温度变化的趋势控制，升则关闭加热，降则启动加热；当出水温度比预设温度 较低时（实际为低4度以上）以允许的最大功率加热；当出水温度与预设温度在一定范围 内时，通过进水温度和当前流量确定基础加热功率，根据当前出水温度与预设温度的偏差 结合PID算法得到修正功率，进一步计算进行输出加热功率的调节，加热控制灵活、稳定性 强、误差小。
[0040] 上述仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此 构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。
【主权项】
1. 一种电子坐便器的恒温加热控制方法，应用于冲洗状态下，其特征在于：用户预先 设定出水温度为T，且令温度差值包括a、b、c，且a>b>c;具体包括如下步骤 1) 判断出水温度是否大于T+a，若是，则停止加热；若否，则判断进水温度是否大于T， 若是，则停止加热，若否则进入步骤2); 2) 判断出水温度是否大于T+b，若是，则根据出水水温变化趋势来停止加热或启动加 热；若否，则判断出水温度是否小于T+c，若是，则根据进水温度和最大流量计算最大加热 功率Pmax，并以Pmax功率进行加热，若否，贝Ij进入步骤3); 3) 根据进水温度及当前流量计算基础功率Pbase，根据进水温度和最大流量计算最大 加热功率Pmax，对温度偏差采用PID算法计算得到修正功率Padj，根据Pbase和Padj计算 得到实际功率Pneed，最后根据Pneed和Pmax确定输出加热功率进行加热。2. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：在步骤2) 中，c为负值，且所述的根据进水温度和最大流量计算最大加热功率Pmax，具体为Pmax=最 大流量* (T-进水温度）*比热容。3. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：在步骤3) 中，Pbase=当前流量*(T_进水温度）*比热容。4. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：在步骤3) 中，Padj=Kp*温度偏差+Ti*温度偏差的积分+Td*温度偏差的微分，所述温度偏差为预 设出水温度与当前出水温度的差值，Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分时间常数和微分时间 常数。5. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：在步骤3) 中，Pneed=Pbase+Padj〇6. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：在步骤3) 中，最后选择Pneed和Pmax中较小值作为输出的加热功率进行加热。7. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：所述电子 坐便器通过水路换向阀切换出水模式，所述当前流量与所述最大流量由出水模式决定。8. 如权利要求1所述的一种电子坐便器的恒温加热控制方法，其特征在于：通过设置 于水箱内的进水温度传感器和出水温度传感器分别检测进水温度和出水温度。
【专利摘要】一种电子坐便器的恒温加热控制方法，应用于电子智能坐便器冲洗状态时的即时加热控制，根据出水温度与预先设定的出水温度差值来选择不同加热方式，以保证温水喷出持续时间长、加热效率高。本发明根据出水温度情况分三种方式控制水箱加热：当出水温度比预设温度高时，根据出水温度变化的趋势控制，升则关闭加热，降则启动加热；当出水温度比预设温度较低时(实际为低4度以上)以允许的最大功率加热；当出水温度与预设温度在一定范围内时，通过进水温度和当前流量确定基础加热功率，根据当前出水温度与预设温度的偏差结合PID算法得到修正功率，进一步计算进行输出加热功率的调节，加热控制灵活、稳定性强、误差小。
【IPC分类】G05D23/30
【公开号】CN104898738
【申请号】CN201510150741
【发明人】林孝发, 林孝山, 林山, 吴秋云
【申请人】厦门科牧智能技术有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年4月1日
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