本發明涉及烤箱溫度控制，尤其涉及一種烤箱的動態溫度調節方法及系統。

背景技術：

1、隨著生活水平的提高，家用電器的功能性和智能化程度也在不斷提升。烤箱作為一種常見的廚房電器，其主要功能是通過加熱來烹飪食物。現代用戶對于烘焙質量的要求日益提高，不僅追求美味的食物，還期望保證食品安全并實現節能效果。因此，為了滿足烤箱能夠提供均勻且穩定的熱量分布，并且優化烤箱的能源使用效率，開發一種能夠實現精確且快速響應的烤箱溫度調節方法成為了現代烤箱設計的重要方向。

2、現有的烤箱使用pid算法調節內部溫度穩定，首先，設定目標溫度作為期望值輸入控制系統。接著，溫度傳感器持續監測烤箱內部的實際溫度，并將這個實時數據反饋給控制器。控制器接收到來自傳感器的信號后，計算當前實際溫度與設定目標溫度之間的偏差。然后，基于此偏差值，結合比例、積分和微分三個參數進行計算。比例部分根據當前偏差直接調整輸出；積分部分累加過去的偏差以考慮長期誤差；微分部分則預測未來的趨勢變化，通過評估偏差的變化率來提前做出反應。這些計算結果共同決定了加熱元件的工作狀態，即開啟或關閉以及功率大小。控制器依據上述計算得出的操作指令，對加熱裝置發出相應的控制命令，調整其工作強度，從而影響烤箱內的溫度升降。隨著溫度的變化，這一過程不斷循環往復，溫度傳感器繼續監控新的溫度值并反饋給控制器，確保整個系統始終處于動態調整之中，維持一個連續且平滑的溫度調控流程。

3、現有技術中，烘焙初期，烤箱內部溫度受外界因素影響波動較大，可能導致溫度高于預設溫度，影響烘焙效果，尤其是對烘焙時間較長的食物，在烘焙中后期，烤箱需要多次升高溫度以抵消外界因素對溫度的影響，但隨著烘焙食物的成熟，需要的烘焙溫度會連續降低，烤箱持續升高溫度不僅造成能源的浪費，也使烤箱產生過熱風險，因此，現有技術無法實現根據食物種類和烘焙時間調整烘焙溫度，造成烘焙質量低和能源利用率低。

技術實現思路

1、本發明提供了一種烤箱的動態溫度調節方法及系統，以實現根據食物種類和烘焙時間調整烘焙溫度，提高烘焙質量和能源利用率。

2、第一方面，為了解決上述技術問題，本發明提供了一種烤箱的動態溫度調節方法，包括：

3、獲取食物種類、食物重量、初始設定溫度和實時溫度數據；

4、根據所述食物種類、所述食物重量和所述初始設定溫度計算出每個烘焙階段的烘焙階段溫度，其中所述烘焙階段溫度包括第一階段溫度、第二階段溫度、第三階段溫度和第四階段溫度；

5、將所述食物種類、所述食物重量和所述烘焙階段溫度輸入到預先訓練完成的決策樹模型中，得到烘焙階段時間，其中所述烘焙階段時間包括第一階段時間、第二階段時間、第三階段時間和第四階段時間；

6、根據所述烘焙階段溫度、所述烘焙階段時間和所述實時溫度數據結合模糊pid控制算法進行動態調節烘焙溫度。

7、在一種可選的實施方式中，所述根據所述食物種類、所述食物重量和所述初始設定溫度計算出每個烘焙階段的烘焙階段溫度，包括：

8、通過以下公式計算烘焙階段溫度：

9、t1＝t0+c·m·δt1

10、

11、t3＝t2-c·log(m)·δt3

12、t4＝t3-c·m2-δt4

13、其中，t0表示初始設定溫度，t1表示第一階段溫度，t2表示第二階段溫度，t3表示第三階段溫度，t4表示第四階段溫度，c表示預設的食物種類系數，m表示食物重量，δt1表示預設的第一階段基礎溫度增量，δt2表示預設的第二階段基礎溫度增量，δt3表示預設的第三階段基礎溫度增量，δt4表示預設的第四階段基礎溫度增量。

14、在一種可選的實施方式中，所述決策樹模型的訓練過程，包括：

15、對預存的歷史食物種類、對應的歷史食物重量和歷史烘焙階段溫度進行數據清洗和數據標準化處理，得到預處理數據；

16、結合所述歷史食物種類、所述歷史食物重量和所述歷史烘焙階段溫度進行綜合特征提取，得到特征數據；

17、使用基尼指數評估每個所述特征數據的純度，并選擇基尼指數最低的特征作為最佳分裂特征；

18、根據所述最佳分裂特征對父節點的數據集進行分裂，得到多個子集，每個子集對應一個新的子節點；

19、當所述子節點的樣本不屬于同一類別特征并且所述子節點的樣本存在可用作進一步分類的特征，同時所述子節點包含的樣本數量多于預設閾值或未達到預設的最大樹深度，則該所述子節點繼續分裂；

20、當所述子節點的樣本屬于同一類別特征或所述子節點的樣本不存在可用作進一步分類的特征或所述子節點包含的樣本數量少于預設閾值或達到預設的最大樹深度，則該所述子節點停止分裂，并且該所述子節點應被標記為葉節點，并根據該所述子節點的樣本的類別分布情況給出分類結果；

21、當所有子節點停止分裂，則通過剪枝優化算法對決策樹進行剪枝處理，得到訓練完成的決策樹模型。

22、在一種可選的實施方式中，所述使用基尼指數評估每個所述特征數據的純度，并選擇基尼指數最低的特征作為最佳分裂特征，包括：

23、通過以下公式計算基尼指數：

24、

25、其中，表示特征類別ci的特征數據集，d表示特征數據集，c表示特征類別總數，p(ci)表示特征類別ci在特征數據集中的概率，gini(d)表示特征數據集的基尼指數。

26、在一種可選的實施方式中，所述根據所述烘焙階段溫度、所述烘焙階段時間和所述實時溫度數據結合模糊pid控制算法進行動態調節烘焙溫度，包括：

27、根據所述第一階段溫度控制烤箱以最大功率進行烘焙，烤箱進入第一烘焙階段并開始記錄烘焙時間；

28、當所述實時溫度數據到達所述第一階段溫度時，根據所述實時溫度數據和所述第一階段溫度結合模糊pid控制算法計算出第一修正溫度；

29、根據所述實時溫度數據和所述第一修正溫度調節烤箱的輸出功率，控制實時溫度數據到達第一修正溫度；

30、當所述實時溫度數據未到達以所述第一修正溫度為中心的預設的誤差范圍內并且所述烘焙時間到達第一階段時間，則根據所述實時溫度數據和所述第一修正溫度調整輸出功率并按預設延時步長延長第一階段時間；

31、當所述實時溫度數據到達以所述第一修正溫度為中心的預設的誤差范圍內并且所述烘焙時間到達第一階段時間，則進入第二烘焙階段；

32、根據所述實時溫度數據和所述第二階段溫度結合模糊pid控制算法計算出第二修正溫度；

33、根據所述實時溫度數據和所述第二修正溫度調節烤箱的輸出功率，控制實時溫度數據到達第二修正溫度；

34、當所述實時溫度數據未到達以所述第二修正溫度為中心的預設的誤差范圍內并且所述烘焙時間到達第二階段時間，則根據所述實時溫度數據和所述第二修正溫度調整輸出功率并按預設延時步長延長第二階段時間；

35、當所述實時溫度數據到達以所述第二修正溫度為中心的預設的誤差范圍內并且所述烘焙時間到達第二階段時間，則進入第三烘焙階段；

36、根據所述實時溫度數據和所述第三階段溫度結合模糊pid控制算法計算出第三修正溫度；

37、根據所述實時溫度數據和所述第三修正溫度調節烤箱的輸出功率，控制實時溫度數據到達第三修正溫度；

38、當所述實時溫度數據未到達以所述第三修正溫度為中心的預設的誤差范圍內并且所述烘焙時間到達第三階段時間，則根據所述實時溫度數據和所述第三修正溫度調整輸出功率并按預設延時步長延長第三階段時間；

39、當所述實時溫度數據到達以所述第三修正溫度為中心的預設的誤差范圍內并且所述烘焙時間到達第三階段時間，則進入第四烘焙階段；

40、根據所述實時溫度數據和所述第四階段溫度結合模糊pid控制算法計算出第四修正溫度；

41、根據所述實時溫度數據和所述第四修正溫度調節烤箱的輸出功率，控制實時溫度數據到達第四修正溫度；

42、當所述實時溫度數據未到達以所述第四修正溫度為中心的預設的誤差范圍內并且所述烘焙時間到達第四階段時間，則根據所述實時溫度數據和所述第四修正溫度調整輸出功率并按預設延時步長延長第四階段時間；

43、當所述實時溫度數據到達以所述第四修正溫度為中心的預設的誤差范圍內并且所述烘焙時間到達第四階段時間，則烘焙結束。

44、在一種可選的實施方式中，所述模糊pid控制算法的實現過程，包括：

45、計算所述烘焙階段溫度與當前時刻的所述實時溫度數據的誤差，得到當前溫度誤差；

46、計算所述當前溫度誤差與上一時刻預存的歷史溫度誤差的差值，得到誤差變化率；

47、根據所述當前溫度誤差和所述誤差變化率使用高斯型隸屬函數計算隸屬度；

48、根據所述隸屬度和預先定義的模糊規則使用加權平均法進行模糊推理，得到模糊輸出；

49、根據所述模糊輸出調整pid參數，得到比例修正參數、積分修正參數和微分修正參數；

50、根據所述當前溫度誤差、所述比例修正參數、所述積分修正參數和所述微分修正參數計算誤差修正系數；

51、根據所述誤差修正系數和所述實時溫度數據計算階段修正溫度，其中修正階段溫度包括第一修正溫度、第二修正溫度、第三修正溫度和第四修正溫度；

52、其中，通過以下計算隸屬度：

53、

54、通過以下公式計算模糊輸出：

55、

56、通過以下公式調整pid參數：

57、k′p＝kp+δkp

58、k′i＝ki+δki

59、k′d＝kd+δkd

60、通過以下公式計算誤差修正系數：

61、

62、通過以下公式計算階段修正溫度：

63、tcorrected＝ttarget+ce

64、其中，μnb(e(t))表示負大溫度誤差隸屬度，μzo(e(t))表示零溫度誤差隸屬度，μpb(e(t))表示正大溫度誤差隸屬度，e(t)表示當前溫度誤差，ce表示預設的溫度誤差中心系數，σe表示預存的溫度誤差標準差，μnb(δe(t))表示負大變化率隸屬度，μzo(δe(t))表示零變化率隸屬度，μpb(δe(t))表示正大變化率隸屬度，δe(t)表示誤差變化率，cδe表示預設的誤差變化率中心系數，σδe表示預存的誤差變化率標準差，δkp表示比例綜合模糊輸出，δki表示積分綜合模糊輸出，δkd表示微分綜合模糊輸出，wi表示第i條模糊規則對應的權重，xpi表示第i條模糊規則下的比例模糊輸出，xii表示第i條模糊規則下的積分模糊輸出，xdi表示第i條模糊規則下的微分模糊輸出，k′p表示比例修正系數，k′i表示積分修正系數，k′d表示微分修正系數，kp表示比例系數，ki表示積分系數，kd表示微分系數，τ表示預設的時間步長，ce表示誤差修正系數，ttarget表示烘焙階段溫度，tcorrected表示修正階段溫度。

65、在一種可選的實施方式中，所述根據所述實時溫度數據和所述第一修正溫度調節烤箱的輸出功率，控制實時溫度數據到達第一修正溫度，包括：

66、通過以下公式計算烤箱的輸出功率：

67、e′(t)＝tcorrected-treal

68、

69、其中，p(t)表示調整后的輸出功率，p0表示當前時刻的輸出功率，pn表示額定功率，e′(t)表示修正誤差，tcorrected表示修正階段溫度，treal表示實時溫度，k′p表示比例修正系數，k′i表示積分修正系數，k′d表示微分修正系數，τ表示預設的時間步長。

70、第二方面，本發明提供了一種烤箱的動態溫度調節系統，包括：

71、數據獲取模塊，用于獲取食物種類、食物重量、初始設定溫度和實時溫度數據；

72、階段溫度計算模塊，用于根據所述食物種類、所述食物重量和所述初始設定溫度計算出每個烘焙階段的烘焙階段溫度，其中所述烘焙階段溫度包括第一階段溫度、第二階段溫度、第三階段溫度和第四階段溫度；

73、階段時間計算模塊，用于將所述食物種類、所述食物重量和所述烘焙階段溫度輸入到預先訓練完成的決策樹模型中，得到烘焙階段時間，其中所述烘焙階段時間包括第一階段時間、第二階段時間、第三階段時間和第四階段時間；

74、動態溫度調節模塊，用于根據所述烘焙階段溫度、所述烘焙階段時間和所述實時溫度數據結合模糊pid控制算法進行動態調節烘焙溫度。

75、第三方面，本發明還提供了一種電子設備，包括處理器、存儲器以及存儲在所述存儲器中且被配置為由所述處理器執行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序時實現上述中任意一項所述的烤箱的動態溫度調節方法。

76、第四方面，本發明還提供了一種計算機可讀存儲介質，所述計算機可讀存儲介質包括存儲的計算機程序，其中，在所述計算機程序運行時控制所述計算機可讀存儲介質所在設備執行上述中任意一項所述的烤箱的動態溫度調節方法。

77、相比于現有技術，本發明具有如下有益效果：

78、本發明公開了一種烤箱的動態溫度調節方法，包括獲取食物種類、食物重量、初始設定溫度和實時溫度數據；根據所述食物種類、所述食物重量和所述初始設定溫度計算出每個烘焙階段的烘焙階段溫度，其中所述烘焙階段溫度包括第一階段溫度、第二階段溫度、第三階段溫度和第四階段溫度；將所述食物種類、所述食物重量和所述烘焙階段溫度輸入到預先訓練完成的決策樹模型中，得到烘焙階段時間，其中所述烘焙階段時間包括第一階段時間、第二階段時間、第三階段時間和第四階段時間；根據所述烘焙階段溫度、所述烘焙階段時間和所述實時溫度數據結合模糊pid控制算法進行動態調節烘焙溫度。本發明根據食物種類、食物重量和初始設定溫度自動計算并調整烘焙過程中的四個階段的溫度和時間。系統利用預先訓練的決策樹模型來確定每個烘焙階段的時間，并結合實時溫度數據與模糊pid控制算法動態調節烘焙溫度，實現根據食物種類和烘焙時間調整烘焙溫度，提高烘焙質量和能源利用率。