抗环境扰动的智能温控方法及装置

本发明涉及温控，尤其涉及一种抗环境扰动的智能温控方法及装置。

背景技术：

1、冷链物流、生物样本保存、医疗试剂运输及食品检测等领域，对环境温度的控制精度和稳定性有着极高要求。以动物源性产品中有害物检测为例，检测过程需要在-20℃仓储物流场景下将温控仓内部温度稳定维持在20℃（温差达40℃），且温度控制精度要求达到±0.5℃以内。

2、传统pid控制采用比例-积分-微分控制器进行闭环控制，对于温度控制系统这类典型的大惯性、纯延迟、非线性系统，固定参数的pid控制器难以兼顾响应速度与稳态精度，普遍存在超调量大、调节时间长、抗干扰能力弱的问题。

3、目前有采用模糊pid算法进行温度控制的技术方案，通过模糊规则在线调整pid参数，在一定程度上改善了控制效果。现有方案虽然有时采用多点传感器，但通常采用算术平均或固定权重加权的方式计算反馈温度。这种“静态加权”方式无法应对动态环境扰动：当如开门等情况导致前侧温度骤降时，固定权重使得反馈温度无法真实反映“最不利点”的温度状态，导致控制器响应滞后或过度补偿。

4、此外，现有模糊pid控制本质上仍属于“误差驱动”控制——必须检测到温度偏差后才调整输出。对于温控仓这类大惯性系统，从冷源侵入、温度下降、传感器检测、控制器计算到加热器响应，存在显著滞后，不可避免地产生过冲。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种抗环境扰动的智能温控方法及装置。

2、本发明提供一种抗环境扰动的智能温控方法，包括：计算前门区域平均温度与后壁区域平均温度的差值，以及计算前门区域平均温度变化率和后壁区域平均温度变化率；根据所述差值、前门区域变化率和后壁区域变化率，确定温度扰动侵入的前后方向；根据所述前后方向，分别调整对应区域的温度传感器权重，并根据调整后的权重，对所有温度传感器检测的温度进行加权计算实时温度；根据所述实时温度和目标温度，调整保温箱温度。

3、根据本发明提供的一种抗环境扰动的智能温控方法，所述根据所述差值、前门区域变化率和后壁区域变化率，确定温度扰动侵入的前后方向，包括：当所述差值大于差异阈值，且前门区域平均温度变化率大于变化率阈值，则判定为前门侧扰动源侵入；当所述差值大于所述差异阈值，且后壁侧平均温度变化率大于所述变化率阈值，则判定为后壁侧扰动源侵入。

4、根据本发明提供的一种抗环境扰动的智能温控方法，所述根据所述前后方向，分别调整对应区域的温度传感器权重，包括：在前门侧扰动侵入情况下，前门侧温度传感器权重提升，后壁侧温度传感器权重降低；在后壁侧扰动侵入情况下，前门侧温度传感器权重降低，后壁侧温度传感器权重提升。

5、根据本发明提供的一种抗环境扰动的智能温控方法，所述根据所述实时温度和目标温度，调整保温箱温度，还包括：在判断为前门侧扰动侵入时，提升前门区域加热器功率，降低后壁区域加热器功率；在判断为后壁侧扰动侵入时，提升后壁区域加热器功率，降低前门区域加热器功率。

6、根据本发明提供的一种抗环境扰动的智能温控方法，所述根据所述实时温度和目标温度，调整保温箱温度，包括：将所述实时温度与所述目标温度的偏差作为输入偏差；根据所述输入偏差、输入偏差的变化率和所述差值，作为模糊pid算法的输入，并根据输出结果进行温度控制。

7、根据本发明提供的一种抗环境扰动的智能温控方法，检测到开门时，暂停模糊pid的积分项累加。

8、根据本发明提供的一种抗环境扰动的智能温控方法，检测到门由开启变为关闭时，根据开门时长和所述差值计算补偿脉冲，并在预设时长内按指数规律将补偿脉冲衰减至零。

9、本发明还提供一种抗环境扰动的智能温控装置，包括：温度采集模块，用于计算前门区域平均温度与后壁区域平均温度的差值，以及计算前门区域平均温度变化率和后壁区域平均温度变化率；方向识别模块，用于根据所述差值、前门区域变化率和后壁区域变化率，确定温度扰动侵入的前后方向；权重分配模块，用于根据所述前后方向，分别调整对应区域的温度传感器权重，并根据调整后的权重，对所有温度传感器检测的温度进行加权计算实时温度；温度调节模块，用于根据所述实时温度和目标温度，调整保温箱温度。

10、根据本发明提供的一种抗环境扰动的智能温控装置，还包括：状态检测模块，用于检测到开门时，暂停模糊pid的积分项累加；所述状态检测模块，还用于检测到门由开启变为关闭时，根据开门时长和所述差值计算补偿脉冲，并在预设时长内按指数规律将补偿脉冲衰减至零。

11、本发明还提供一种抗环境扰动的智能温控箱，包括：多个前门区温度传感器、多个后壁区温度传感器，箱体以及上述任一项抗环境扰动的智能温控装置。

12、本发明提供的抗环境扰动的智能温控方法及装置，采用温差梯度检测与动态权重加权反馈，相比传统固定权重方案，能够根据扰动方向实时调整传感器权重，使反馈温度更真实地反映“最不利点”的温度状态，从而提高目标温度的控制精度，此外，通过两区域的温度检测与动态权重加权，可及时捕获温度扰动侵入，提高温度控制的及时性，从而避免产生温度控制的过冲。

1.一种抗环境扰动的智能温控方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的抗环境扰动的智能温控方法，其特征在于，所述根据所述差值、前门区域变化率和后壁区域变化率，确定温度扰动侵入的前后方向，包括：

3.根据权利要求1所述的抗环境扰动的智能温控方法，其特征在于，所述根据所述前后方向，分别调整对应区域的温度传感器权重，包括：

4.根据权利要求1所述的抗环境扰动的智能温控方法，其特征在于，所述根据所述实时温度和目标温度，调整保温箱温度，包括：

5.根据权利要求1所述的抗环境扰动的智能温控方法，其特征在于，所述根据所述实时温度和目标温度，调整保温箱温度，包括：

6.根据权利要求5所述的抗环境扰动的智能温控方法，其特征在于，检测到开门时，暂停模糊pid的积分项累加。

7.根据权利要求6所述的抗环境扰动的智能温控方法，其特征在于，检测到门由开启变为关闭时，根据开门时长和所述差值计算补偿脉冲，并在预设时长内按指数规律将补偿脉冲衰减至零。

8.一种抗环境扰动的智能温控装置，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的抗环境扰动的智能温控装置，其特征在于还包括：

10.一种抗环境扰动的智能温控箱，其特征在于，包括：多个前门区域温度传感器、多个后壁区域温度传感器、箱体以及权利要求8或9所述的抗环境扰动的智能温控装置。