具有修改的比例积分控制的器具制造技术

一种电器，包括控制器，其可操作地连接到功率电路、控制电路、电源、用于感测参数水平的传感器和有源元件。控制器被配置为从传感器接收参数水平的输入并且输出占空比，该占空比用于在各个时间经由控制电路控制有源元件的功率水平，以实现参数的目标设置点，占空比基于比例和积分控制。控制器在控制电路通电时使用比例控制和积分控制，并且仅在确定由传感器感测的参数过程变量在目标设置点的间隔内时累加积分误差。加积分误差。加积分误差。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有修改的比例积分控制的器具
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月29日提交的美国临时专利申请第63/084,826号和于2021年2月15日提交的美国临时专利申请第63/149,517号的优先权和权益，这些美国临时专利申请的全部内容以引用的方式其全文并入本文。


[0003]本申请涉及电器，更具体地涉及包括利用来自被测量和控制的一个或多个变量的直接或间接变量反馈的改进控制方案的电器。

技术介绍

[0004]烹饪器具有各种构造和类型，并且在家庭或商业环境中可以由电力驱动。一些类型的烹饪器具包括慢炖锅、烘烤器、炸锅、烤架、蒸锅等。一些烹饪器具(例如多功能炊具)可以在单个器具中提供一种或多种烹饪器具类型的功能，并且可以结合允许专门的烹饪方面的加热控制功能。在一些情况下，在使用多用途加热单元、电源单元和/或控制单元的同时更换附件和/或零件。
[0005]在现有的布置中，可以使用插置到烹饪室中的温度感测探针来实现温度反馈，该温度感测探针可以通过将食品(例如蛋白质或肉类产品)的期望烹饪温度与食品的实际温度进行比较直到实现期望温度来帮助控制器感测并烹饪食品。而且，控制器可以包括烹饪模式指令，例如与微处理器一起保存在存储器中，其控制到一个或多个加热元件的功率，以便使食物达到期望的温度和/或控制以设置温度(例如低、中或高)进行的烹饪的时间段。例如，慢炖锅通常在期望的烹饪时段内以三种设置中的一种控制加热。已经开发了控制器，使得在已经达到选定温度的期望烹饪时段之后，慢炖锅可以恢复到低或温模式。已知电器的控制可以使用各种控制方案，但是各个控制方案通常具有一个或多个缺点。
[0006]此外，现有的电器、特别是烹饪器具要求感测探针是位于器具壳体外部的单独传感器，从而对于期望加热食品的用户而言造成了额外的复杂性和步骤。现有的不具备探针的烹饪器具存在预设的烹饪程序但受限于该程序，这些程序受限于设置时间、设置温度或期望的烹饪程序的某种近似，而不存在感测被加热的食品的状态的闭环控制。因此，期望这样的用于烹饪器具的控制设置，其利用器具壳体的内部或间接温度感测，提供了基于直接探针的热感测的益处，包括不引入或利用这种直接探针。
[0007]还期望对包括电机和/或其它有源元件的控制的器具和设备的改进。

技术实现思路

[0008]本申请涉及用于可以以多种烹饪模式和设置中的任何一种进行烹饪的器具(例如烹饪器具)的改进的控制方案，更具体地涉及具有间接温度感测和控制的电烹饪器具。也可以设想用于这种烹饪器具的控制器。例如，食品被烹饪或浸没在液体内，其中食品根据修改的比例积分或比例积分微分控制方案加热，该控制方案可以自动补偿系统的变化。
[0009]本专利技术还涉及用于具有多种烹饪模式的烹饪器具的改进的控制，烹饪模式基于用户选择的选择，包括烹饪模式和待烹饪的食品的期望的熟度或温度。优选地，提供了多种烹饪模式以供选择，其提供温度反馈信息而不使用插入烹饪器皿中的外部直接感测探针。控制模块可以安装到炊具并且被编程为控制多种烹饪模式，并且内部温度传感器可以可操作地连接到控制模块以提供用于在各种烹饪模式中使用的感测的温度数据。优选地，没有直接感测探针的烹饪模式包括加热炊具内的烹饪器皿，以便将烹饪器皿内的食品或液体加热到期望的温度，并且允许用户在烹饪选项方面更大的灵活性，并且在烹饪过程期间随时改变选项。而且，烹饪模式优选地还提供在达到选定温度之后控制烹饪过程的功能。
[0010]本文中还描述了改进的比例积分(proportional
‑
integral，PI)和比例积分微分(proportional
‑
integral
‑
derivative，PID)控制的示例，其解决了现有的比例化、PI和PID控制方案的缺点。简而言之，本文中提出了这样的改进的PI/PID控制方案，其在器具操作期间选择性地累加或不累加积分误差，以便获得PI/PID控制的益处，同时解决PI/PID控制的积分饱和(integral wind
‑
up)缺点，同时还解决比例控制方案的稳态误差偏移缺点。通过利用改进的PI/PID控制，温度可以有利地维持窄范围的温度(或其它设置变量)控制，而不存在将外部探针引入到烹饪器皿中的复杂性。
[0011]本文所述的本专利技术的方面特别涉及具有改进的PI控制的模块化烹饪器具，其被设计为降低生产成本，同时具有最大的功能性和易于由最终用户清洁的零件。示例烹饪器具可以是包括单个碗状部的多功能炊具，与现有的多功能炊具相比，该多功能炊具可以容易地清洁。可以设想与内部温度传感器(例如负温度系数(NTC)电阻器/热敏电阻)接合的数字或机械控制部件以及相关联的加热控制装置。也可以设想手动或自动输入。可以设想各种烹饪模式和设置。此外，可以使用各种数字显示器，或者可以利用简单的旋钮或控制盘。
[0012]示例烹饪器具可以包括可分离的零件，其允许仅清洁或清洗一些零件而不影响其他零件。无源烹饪器皿以及有源电源和控制单元可以完全分离，使得包括碗状部单元(例如锅)和基座单元的烹饪器皿可以是可浸没的并且容易清洗，而在清洁期间不将控制或电源部件暴露到液体。因此，模块化烹饪器具的各种零件可以完全方便地浸入液体中或放置在洗碗机中进行清洁。在一些方面，加热控制装置可以从使用摩擦连接的探针或控制模块的烹饪器皿移除，该探针或控制模块可以使用紧固件作为一个单元从烹饪器皿完全移除。例如，位于烹饪器具内部的温度传感器可以与烹饪器皿分离或分开，以允许容易的清洁等。
[0013]本文中还设想了其它类型的器具和更一般化的电气设备，包括并入了电动马达和其它类型的电力驱动和控制的有源元件的器具。
[0014]根据本专利技术的第一方面，公开了一种电器。根据第一方面，该电器包括控制器，其可操作地连接到功率电路、控制电路、电源、用于感测参数水平的传感器和有源元件。同样根据第一方面，控制器被配置为从传感器接收参数水平的输入并且输出占空比，用于在各个时间经由控制电路控制有源元件的功率水平，以实现参数的目标设置点，占空比基于比例和积分控制。并且还根据第一方面，控制器在控制电路通电时使用比例控制和积分控制，并且仅在确定由传感器感测的参数过程变量在目标设置点的间隔内时累加积分误差。
[0015]根据本专利技术的第二方面，公开了一种与电器一起使用的控制器。根据第二方面，控制器包括可操作地连接到存储器的处理器。根据第二方面，控制器可操作地连接到功率电路、控制电路、电源、用于感测参数水平的传感器和有源元件。控制器还被配置为从传感器
接收参数水平的输入并且输出控制信号，用于在各个时间经由控制电路控制有源元件的功率水平，以实现参数的目标设置点，控制信号基于比例和积分控制输出。仍然根据第二方面，控制器在控制电路通电时使用比例控制和积分控制，并且仅在确定由传感器感测的过程变量在目标设置点的间隔内时累加积分误差。
[0016]根据本专利技术的第三方面，公开了一种控制电器的方法。根据第三方面，该方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电器，包括：控制器，其可操作地连接到功率电路、控制电路、电源、用于感测参数水平的传感器、和有源元件；以及所述控制器被配置为从所述传感器接收所述参数水平的输入并且输出占空比，所述占空比用于在各个时间经由所述控制电路控制所述有源元件的功率水平，以实现所述参数的目标设置点，所述占空比基于比例控制和积分控制，其中，所述控制器在所述控制电路通电时使用所述比例控制和所述积分控制，并且仅在确定由所述传感器感测的参数过程变量在所述目标设置点的间隔内时累加积分误差。2.根据权利要求1所述的电器，其中，所述间隔是至少基于比例常数、积分常数和积分误差来定义的。3.根据权利要求2所述的电器，其中，所述间隔还是基于所述目标设置点和所感测的过程变量来定义的。4.根据权利要求3所述的电器，其中，所述间隔被定义为具有最小值，所述最小值被定义为所述目标设置点减去比例增益常数的倒数与所述积分常数乘以所述积分误差除以所述比例常数之和，并且其中，所述间隔被定义为具有最大值，所述最大值被定义为所述目标设置点与所述积分常数乘以所述积分误差除以所述比例常数之和。5.根据权利要求2所述的电器，其中，所述间隔被定义为具有基于所述比例常数的倒数的最大值。6.根据权利要求2所述的电器，其中，所述间隔被定义为具有基于所述积分常数与积分误差的乘积的最大值。7.根据权利要求2所述的电器，其中，所述间隔被定义为具有基于值与所述目标设置点之和的最大值，其中，所述值基于所述积分常数与积分误差的乘积除以所述比例常数。8.根据权利要求2所述的电器，其中，所述间隔被定义为具有基于来自所述目标设置点的值的相加的最小值，所述值基于所述积分常数与积分误差的乘积除以所述比例常数。9.根据权利要求1所述的电器，其中，所述积分误差是基于在所述传感器处读取的参数水平、所述目标设置点和时间间隔来计算的。10.根据权利要求1所述的电器，其中，还包括开关设备，其可操作地连接到所述控制器和所述有源元件，使得由所述控制器接收的信号选择性地对所述有源元件供电。11.根据权利要求10所述的电器，其中，所述开关设备是继电器、可控硅整流器或TRIAC。12.根据权利要求1所述的电器，其中，所述参数的所述目标设置点是由用户设置的。13.根据权利要求1所述的电器，其中，所述传感器是包括负热系数热敏电阻的探针。14.根据权利要求1所述的电器，其中，所述控制器利用查找表使用在所述传感器处读取的所述参数来设置所述有源元件的功率水平。15.根据权利要求1所述的电器，其中，所述有源元件是电动加热元件。16.根据权利要求15所述的电器，其中，还包括用于接触待加热的产品的表面。17.根据权利要求16所述的电器，其中，还包括可加热单元，所述可加热单元包括所述表面。
18.根据权利要求15所述的电器，其中，还包括用于保持待加热的产品的器皿。19.根据权利要求18所述的电器，其中，所述传感器在所述器皿内部。20.根据权利要求18所述的电器，其中，所述传感器在所述器皿外部并且与所述器皿热连通。21.根据权利要求1所述的电器，其中，所述有源元件是电动马达。22.根据权利要求15所述的电器，其中，所述控制器还被配置为，使用预定的偏移方程使来自所述传感器的所述参数水平的所述输入与所述参数的所述目标设置点相关。23.根据权利要求1所述的电器，其中，所述占空比还是基于微分控制的。24.根据权利要求18所述的电器，其中，所述器皿包括可操作地连接到所述控制器的第二传感器，其中，所述控制器至少部分地基于所述第二传感器处的温度读数来为所述加热元件供电。25.根据权利要求18所述的电器，其中，所述器皿被构造为保持一定量的液体，所述液体包含待使用所述加热元件加热的产品。26.一种用于与电器一起使用的控制器，包括：处理器，其可操作地连接到存储器；所述控制器可操作地连接到功率电路、控制电路、电源、用于感测参数水平的传感器、和有源元件；以及所述控制器被配置为从所述传感器接收所述参数水平的输入并且输出控制信号，所述控制信号用于在各个时间经由所述控制电路控制所述有源元件的功率水平，以实现所述参数的目标设置点，所述控制信号基于比例控制和积分控制来输出；其中，所述控制器在所述控制电路通电时使用所述比例控制和所述积分控制，并且仅在确定由所述传感器感测的过程变量在所述目标设置点的间隔内时累加积分误差。27.根据权利要求26所述的控制器，其中，输出的所述控制信号包括占空比、电压水平或脉宽调制信号。28.根据权利要求26所述的控制器，其中，所述控制器是数字控制器。29.一种控制电器的方法，包括：从传感器接收参数水平的输入；输出控制信号，所述控制信号用于在各个时间经由控制电路控制有源元件的功率水平，以实现参数的目标设置点，所述控制信号基于比例控制和积分控制来输出；仅在确定由所述传感器感测的参数过程变量在所述目标设置点的间隔内时累加积分误差；以及至少基于累加的积...

【专利技术属性】
技术研发人员：诺亚，
申请(专利权)人：品谱公司，
类型：发明
国别省市：