[发明专利]一种基于双闭环PID算法的流体混合控制系统

说明书

本发明公开了一种基于双闭环PID算法的流体混合控制系统，包括微控制器模块、电源管理模块、管理控制模块、输出驱动模块、输出反馈模块；所述微控制器模块分别连接电源管理模块、管理控制模块、输出驱动模块、输出反馈模块。本发明的基于双闭环PID算法的流体混合控制系统提出基于双闭环的PID算法，可解决因算法反馈的时效性较差，造成室内浴室温度难以控制恒温的问题。

技术领域

本发明涉及流体混合控制，具体涉及一种基于双闭环PID算法的流体混合控制系统。

背景技术

目前，传统的浴室控制使用手动比例混合或根据温度传感器测定混合前冷热水温度然后进行比例混合，两者均严重受混合前水温和水压的影响，即外界水温或水压发生变化，混合后水温很难自动恢复，必须重新调节，严重影响用户体验。

基于PID算法模型的负反馈混合控制系统在工业控制领域应用非常显著，但是由于算法模型复杂，算法模型复杂度较高且反馈的时效性较差，无法应用于家庭浴室控制领域。

且传统的流体温度闭环PID算法只是检测流出流体的温度，根据实际输出温度和预设温度进行比较，然后使用PID算法进行负反馈调节。由于流体混合时有较明显的延迟，所以导致输出的温度时滞性严重。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种基于双闭环PID算法的流体混合控制系统，包括微控制器模块、电源管理模块、管理控制模块、输出驱动模块、输出反馈模块；所述微控制器模块分别连接电源管理模块、管理控制模块、输出驱动模块、输出反馈模块；

电源管理模块：主要为控制电路和驱动电路提供不同规格的电源，其中控制模块采用3.3V的高稳定度电源，驱动模块提供12V大功率电源；

管理控制模块：主要用于整个控制模块的具体操作，包括PID系数设置，驱动模块的启动/停止操作，控制数据上传；

微控制器模块：整合系统的核心，主要用于封装整个PID算法，控制整个驱动处理，传感器信号处理功能；

输出驱动模块：主要提供大电流驱动控制模块，主要用于控制电磁阀，直流泵液体流速装置；

输出反馈模块：主要提供3组角动量传感器，3组单总线类型温度传感器接口，并在MCU中集成对应传感器的驱动，以及用户接入可以直接使用；

所述PID算法包括：

闭环一：

利用温度传感器测出实际输出水的温度，利用PID算法进行反馈调节，再根据用户的需求的水温计算电磁阀的控制电压值，利用温度反馈修正电磁阀的控制电压值的有效值；

闭环二：

根据流量传感器测得的数据，计算出通过水泵的流量以及水泵两端的电压，再利用流量传感器测出的实际值进行反馈，修正输出热水流量的实际值；

进一步地，所述PID算法具体为：

Q₁T₁+Q₂T₂＝QT

由比例混合得：

其中Q1为热水的流量，T1为热水温度，Q2为冷水流入流量，T2为冷水温度；Q为流出流量，T为流出温度；

假设通过水泵两端的电压与通过水泵的流量成正比，即：

其中K_U为比例系数；

则有即：令M为定值；