炒菜机论文关于炒菜机智能温度控制系统设计构想论文范文参考资料

炒菜机论文关于炒菜机智能温度控制系统设计构想论文范文参考资料 （1.西北工业大学航天学院，陕西 西安 710068；2.空军工程大学，陕西 西安 710043） 摘要：开发能够面向物联网的智能化炒菜机，可以极大方便人们的生活，提高生活品质。文章针对这一生活需求和智能炒菜机核心的温度控制技术，通过对人工炒菜过程的分析，阐述了炒菜机温度控制的负反馈基本原理，讨论了PID控制律的设计思想，提出了炒菜机温度的PI控制器设计方法，探讨了可将炒菜机整合入物联网的炒菜机温度智能调节方法。 关键词：炒菜机；温度控制；负反馈；物联网；智能温度调节：A ：TP313：1009-2374（xx）09-0017-02DOI：10.13535/j.ki.11-4406/n.xx.09.009 1概述 随着现代科学技术的进步，人们生活水平的提高，自动炒菜机已经开始进入人们的生活。这类炒菜机可以实现自动化的煎、炒、烹、炸、焖、爆等形式的菜肴制作。只要放入配好的食材、调料等，按下按钮就可以坐等享用美味佳肴。炒菜机的使用可以大大方便人们的厨房烹饪工作，减轻上班族紧张的日常家务负担，所以也会深受人们的欢迎。但是，现在的炒菜机尚不能被广泛的普及和接收，除了其他技术问题外，主要在于其菜品质量还难如人意。对于炒菜来说，影响菜品质量的主要因素，除了菜品配料，就是炒菜过程的温度掌控。不仅不同类型的菜肴制作，需要有不同的温度。而且在一个菜肴的烹炒过程中，不同时段也往往需要有不同的温度调节。因此为炒菜机设计智能化的温度控制系统，是提高炒菜机菜品质量的重要的技术保证。 本文针对炒菜机温度控制的需要，结合物联网的发展趋势，探讨基于物联网的炒菜机温度智能调节方法，为今后发展新型炒菜机提供技术参考。首先，通过对人炒菜时的温度调节过程的分析，阐述实现炒菜机温度自动控制的基本原理；其次，提出基于传统PID控制的炒菜机温度控制律设计方法，给出控制律设计的一般步骤；最后，结合物联网和智能控制技术，提出面向物联网的温度智能调节方法。 2炒菜机温度控制的基本原理 炒菜机温度的自动控制，实际就是对人工炒菜过程中温度调控过程的自动化实现，即用机器实现对炒锅内温度的自动调节。因此为了更加深入地理解自动炒菜过程温度控制的基本原理，首先需要分析人工炒菜过程中，人是如何调节锅内温度的。我们知道，人在进行炒菜操作时，首先要对菜品需要的温度有一个基本的认知，包括这个菜需要多高程度的温度、什么时候用大火、什么时候改为中火或小火等。人就是根据这些认知进行温度调节的。开始炒菜时，首先是调节火力开关至最大，用大火加温，当感觉到油温达到需要的温度时，倒入菜品进行烹炒。在炒制的过程中，人会始终观察菜品形态的变化，实质是感觉锅内温度对于菜品是否适合，如果感觉温度过高，就通过火力开关调小火力。当感觉到菜品的炒制时间已经使菜品达到需要的口感质量时，就会关闭火力开关，停止烹炒。 上述对温度的人工调节过程实质上是一个温度的负反馈控制过程，即锅内温度高于设定温度时，减小火力以降低温度；当锅内温度低于设定温度时，增加火力以提高温度；当锅内温度达到预定温度时，则保持火力以维持温度。将这一负反馈的温度控制过程进行自动化实现，就需要给定初始温度、过程温度和结束时间，还需要有炒锅温度传感器和可自动调节的火力开关，再者需要有一个能像人一样可实现温度判断和火力调节决策的控制器。首先，根据菜品的烹制类型确定好初始温度、过程温度和结束时间，当通过开关选定烹制类型时，这些设定的温度和时间也就同时给定了。开始烹炒后，传感器实时感知锅内温度和烹饪时间，这些数据被传送给控制器。控制器根据锅内温度和时间进行火力调节的决策。当锅内温度小于设定温度时，就增大火力开关和时间继续加温；当锅内温度高于设定温度时，就减小火力开关以降温；当烹制时间达到设定的停止时间时，控制器发出指令关闭火力开关，停止加热，即可完成菜品的烹炒。 3炒菜机控制器的温度控制律设计 实现上述温度自动控制的关键，是设计具有温度判断与调节能力的温度控制器，而温度控制器的核心就是温度控制律。根据对人工炒菜过程的分析可知，温度控制器的输入应该包括烹制类型、锅内温度和烹炒时间，其中烹制类型实际对应的是预设的期望温度和期望的烹炒时间。控制器的输出则应是对火力调节开关的操作指令，分为增大火力、减小火力和保持火力。根据控制器的输入确定控制器输出的规律，就是需要设计的炒锅温度的控制律。 自动控制理论中最基本的一种控制律设计方式是PID控制及比例-积分-微分控制。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、适应性强、易于计算机实现等特点，在实际控制系统中得到了广泛应用。对于温度控制来说，其含义是控制器的输出取决于期望温度与实际温度的差值的比例、积分和微分信号的加权和，即PID控制器是比例环节、积分环节和微分环节的综合控制。各个环节及其加权系数对于温度控制的动态和稳态的控制性能有着不同的影响，分别简述如下：（1）比例环节是把温度差值按比例放大，加权系数是大于0的正数，称为比例系数。其大小主要影响着温度控制的稳定性、超调量、响应速度等动态指标。当比例系数增大时，温度控制的响应速度会加快，控制的超调量则会增大或是从没有超调到出现超调。同时控制系统的稳定性则会变差，因此对于温度控制来说，需要兼顾考虑温度稳定性和动态性能的控制要求，选择合适的比例系数。 （2）积分环节是对温度误差进行积分，然后加权综合到控制器的输出中，加权系数也是大于0的正数，称为积分系数。积分环节的作用与温度控制的稳态精度有着密切的关系，加入积分环节能够消除温度控制的稳态误差，提高对设定温度的跟踪精度。但积分系数过大则会导致控制过程的较大超调，使控制过程振荡。同时积分环节还会给控制系统带来相角滞后，导致温度控制响应发生滞后。 （3）微分环节是取温度误差的微分信号，进行加权后综合到控制器的输出中，加权系数也是大于0的正数，称为微分系数。微分环节的作用是克服控制系统中大的惯性时间常数的影响，相当于给控制器引入一个动态阻尼，达到增大系统阻尼的作用。这样增大微分系数就可以使温度控制的超调量减小，同时增大了控制的调节时间。引入微分作用的一个不利结果是可能会导致系统的噪声增强，对于噪声干扰比较复杂的工作环境来说，强的微分环节作用可能会使控制系统的抗干扰能力变差，甚至可导致系统的温度控制效果无法达到可用状态。 通过对PID控制器的构成及其各环节作用的分析可知，对于炒菜机的温度控制来说，主要是希望温度控制要精准，调节速度尽量快。所以对本文的炒菜机温度控制律的设计可采用PI控制器的形式，控制器由比例环节和积分环节组成，比例系数适当可以大一些，积分系数不宜过大。由于比例系数和积分系数的取值对温度控制的性能影响较大，因此，应首先通过MATLAB等仿真设计手段，对这两个系数的取值进行预先的仿真分析，选择较合适的值。然后再通过实际温度控制实验进行适当微调，以期获得最佳的温度控制效果。完成温度控制律设计后，就可将炒菜机温度控制功能进一步整合到面向物联网的应用中，提高设备使用的便利性。 4基于物联网的炒菜机温度智能调节方法 随着物联网技术的发展，如果将炒菜机控制功能整合入物联网，就可以使正在下班路上的人们通过互联网提前开启炒菜机。人们可以通过互联网个人主页找到自己家中的炒菜机，并通过自家的WIFI向其发送控制指令。当人们回到家时，热喷喷的菜肴即刻可食，岂不更为省时方便、美哉悠哉 为此，可以在炒菜机控制器上设计WIFI通信接口和网络控制模块。炒菜机的网络控制模块负责监控控制器的WIFI通信，接收通过网络发来的炒菜任务控制指令。控制指令包的通信协议包括报头、识别码、指令字、校验码和报尾。识别码用于指示该指令包是针对哪个物联网设备的，即是否是针对炒菜机的指令。若是则打开指令字，解析其中的烹炒类型指令。根据该指令，控制器启动火力开关和备料开关，开始按照预设的程序和控制律进行炒菜操作。在炒菜过程中，控制器还可以通过WIFI接口实时将锅内温度传送给主人，使主人及时了解炒菜情况，并可通过网络实时调整温度需求，从而实现基于物联网的炒菜机温度的智能调节。 5结语 现代科技的发展正在不断地改变着我们的生活，也造福我们的生活。本文提出基于物联网的炒菜机温度智能控制系统的设计构想，正是希望利用快速发展的智能化和网络化技术，开发