于光普， 黎东升， 尤传富

(长春工业大学电气与电子工程学院，吉林长春 130012)

0 引 言

目前，水温控制被广泛应用于食品、医药、化工、家电等领域。水温控制系统性能的好坏直接影响产品的品质。因此，研究水温控制技术具有十分重要的意义。

文中所介绍的水温控制系统的控制对象为格来德WKF-9301电热水器(功率1 000 W，容量1.2 L)，温度设定范围:水温初值≤99℃，最小区分刻度为1℃;定时加热时间设定范围:2～99 min。温差≤±1℃;时差≤±0.5min。

1 控制器设计

智能水温控制系统的控制器设计主要包括定时加热设计和恒温保持设计两部分。由于水温控制具有一定的滞后特性，且引起这种滞后效应的因素较多，例如加热材料的物理特性、加热过程中水体与外界环境的热能交换以及水体自身受热蒸发所导致的质量变化等，这些因素具有不确定性，因此，水温控制系统的精确数学模型很难建立起来，为了避开这类复杂问题，定时加热控制器以一个近似数学模型为基础，通过采用逐次修正输出校正因子的方法迫使实际输出逐步逼近理论输出。具体控制算法如下。

1.1 定时加热控制设计

由能量守恒定律和水体热量公式可知存在如下数学关系:

式中:Q1——水体热量;

Q2——损失热量;

P——电热器的电功率;

T——实际加热时间;

C——水的比热容;

M——水体质量;

etem p——温差。

室温条件下，在加热过程中，水体的受热速率大于水体热损速率。因此在一个微小时间区域内，忽略损失热量，则水体热量近似等于电功能量，即:

式中:T1——近似加热时间。

当C=4.2×103J/(kg◦℃)，P=1 000W，M=1.2 kg时……