水浴式灭菌器的控制系统及控制方法与流程

1.本技术涉及水浴灭菌技术领域，具体而言，涉及一种水浴式灭菌器的控制系统及控制方法。

背景技术：

2.在许多的产品的生产过程中，为了保证产品的质量一般都需要进行灭菌，如药品、试剂、食品容器等，可见灭菌是生产过程中的常重要的一个环节。
3.而水浴灭菌器是一种采用湿热灭菌法的典型制药灭菌设备，在我国大容量注射剂生产企业中广泛使用。水浴灭菌器使用过热水为灭菌介质，具有加热均匀、温度控制精确、不存在绝对热点和冷点等优点，正在被广泛应用。水浴灭菌器是大容量注射剂生产工艺中保证产品质量的关键生产设备，对于使用最终灭菌工艺生产产品的无菌保证有着非常重要的作用。
4.水浴灭菌器的工作过程通常分为以下几步：
5.(1)将要灭菌的物品按一定的摆放方式放置于灭菌柜内，关好密封门，然后往柜内注入循环水。
6.(2)当循环水到达一定的高度时，关闭循环水的阀门，启动循环水泵，同时开启大、小蒸汽阀门，通过热交换器加热柜内循环的循环水。
7.(3)当循环水的温度到达100℃后，关闭大蒸汽阀门，使柜内的温度缓慢升至灭菌温度。
8.(4)然后通过间隔开启小蒸汽阀门来控制柜内待灭菌物品维持在灭菌温度。
9.(5)在完成灭菌阶段后，就关闭所有蒸汽阀门，开启小冷却水阀门，通过热交换器慢速冷却柜内循环的循环水。
10.(6)直至循环水的温度降至100℃或以下时，把大、小冷却水阀门同时开启，加快循环水冷却速度。
11.(7)直至循环水温度降至50℃后，关闭循环水泵、大小冷却水阀门、压缩空气阀门，打开排水阀门，排放柜内的循环水，以及柜内热空气。
12.(8)直至柜内相对压为零，循环水排放完毕，消毒后的物品温度低于50℃后才能够开启柜门。
13.目前，水浴式灭菌器一般使用plc进行整体控制，使用pid控制方法进行温度反馈调节。但是各类plc价格较昂贵，且依然需要安装多个温度采集、压力采集、数据转换等模块。另外，虽然pid控制方法可以有效对温度进行调节，但是在实际应用中存在一定的时间迟滞性、大惯性和参数非线性等自身特性，当需要消毒的物品对温控精度要求非常高时，常规的pid温度控制方法无法满足要求。

技术实现要素：

14.本技术实施例的目的在于提供一种水浴式灭菌器的控制系统及控制方法，使用自
适应补偿pid算法对温度进行控制，用以对时间滞后进行补偿，提高了系统的温度控制精度和调节速度。
15.为了实现上述目的，本技术的实施例通过如下方式实现：
16.第一方面，本技术实施例提供一种水浴式灭菌器的控制方法，水浴式灭菌器包括加热装置、灭菌柜和控制系统，所述控制方法应用于所述控制系统，包括：获取设定温度曲线和柜内实时温度，其中，所述设定温度曲线表示预先设定的水浴灭菌过程中的温度控制曲线，所述柜内实时温度通过设置在所述灭菌柜内的温度传感器实时检测该灭菌柜内循环水的温度所得；基于所述柜内实时温度和所述设定温度曲线，利用所述控制系统内置的改进自适应pid温度控制模型，确定出控制信号；基于所述控制信号，控制所述加热装置内设置的冷却水阀门的开度或蒸汽阀门的开度。
17.在本技术实施例中，获取设定温度曲线和柜内实时温度；基于柜内实时温度和设定温度曲线，利用控制系统内置的改进自适应pid温度控制模型，确定出控制信号；再基于控制信号，控制加热装置内设置的冷却水阀门的开度或蒸汽阀门的开度。这样的方式可以利用改进自适应pid温度控制模型对温度进行控制，用以对时间滞后进行补偿，提高系统的温度控制精度和调节速度，从而能够在温度控制过程中，使用单阀门(即进行温度调节时，在一个时间节点上仅使用一个阀门进行调节)实现温度的精准调节，能够简化现有技术中的温度控制过程。
18.结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，构建所述改进自适应pid温度控制模型的过程包括：构建一个频域系统模型，其中，所述频域系统模型为开环系统；为所述频域系统模型添加pid传递函数，并添加负反馈部分以形成闭环系统，进一步确定出闭环传递函数，再添加smith预估补偿器传递函数；为添加smith预估补偿器后的频域系统模型添加自适应律；若系统存在扰动，为自适应律添加校验函数。
19.在该实现方式中，首先构建一个频域系统模型(开环系统)，然后为其添加pid传递函数，添加负反馈部分以形成闭环系统，进一步确定出闭环传递函数，用于实现pid控制；再添加smith预估补偿器传递函数，能够实现预估补偿，消除频域系统模型中滞后环节对系统稳定性的影响；为添加smith预估补偿器后的频域系统模型添加自适应律，能够实现自适应调节；而在系统存在扰动时为自适应律添加校验函数，能够使系统在自适应律下具有扰动抑制性能。
20.结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，构建一个频域系统模型，包括：
21.构建频域系统模型gm(s)为：
[0022][0023]
x＝[x1x2...xn]
t
，
[0024][0025]
k＝k
m-kck
p
，
[0026][0027]
c＝(1 0
ꢀ…ꢀ
0)，
[0028]
其中，km为系统增益，kc为可调增益，k
p
为一个调节参数，为常数；x为状态变量，a为系统状态矩阵，b为系数矩阵，c为输出矩阵，r为输入，e为频域系统模型输出的动态方程。
[0029]
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，为所述频域系统模型添加pid传递函数，并添加负反馈部分以形成闭环系统，进一步确定出闭环传递函数，再添加smith预估补偿器传递函数，包括：
[0030]
为所述频域系统模型添加pid传递函数gc(s)：
[0031][0032]
其中，k
p
、ki、kd为pid控制器的可调参数；
[0033]
为所述频域系统模型添加负反馈部分以形成闭环系统，确定出闭环传递函数ga(s)：
[0034][0035]
其中，τ
p
为滞后环节，g
p
(s)为被控对象的传递函数，即所述频域系统模型未受控条件下的传递函数；
[0036]
为所述频域系统模型添加smith预估补偿器传递函数gk(s)：
[0037][0038]
在该实现方式中，这样能够在为频域系统模型添加pid传递函数和反馈部分构建闭环系统时，添加smith预估补偿器，消除滞后环节(闭环系统对应的闭环传递函数ga(s)中有滞后环节)对系统稳定性的影响，提高系统的稳定性。
[0039]
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，为添加smith预估补偿器后的频域系统模型添加自适应律，包括：
[0040]
选取李雅普诺夫函数v(e)：
[0041]
v(e)＝x
t
px+λk2，λ＞0，
[0042]
其中，λ为任意正常数系数，p为对称正定矩阵；
[0043]
对李雅普诺夫函数v(e)沿频域系统模型gm(s)的轨线对时间t求导，得到：
[0044][0045]
取时，得到自适应律。
[0046]
结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，取时，得到自适应律，包括：
[0047]
添加一个κ类函数，使得用于限制的上下界，得到自适
应律
[0048][0049]
取pb＝(μ，0，
……
，0)
t
，自适应律为：
[0050][0051]
其中，自适应律即可调增益kc这个参数取为自适应调节时的函数。
[0052]
在该实现方式中，由于补偿器为预估补偿，只能够近似进行补偿，可能会与模型之间存在一定偏差，导致系统的跟踪性能下降。因此，在自适应算法中进行改进，添加一个κ类函数，使得用于限制的上下界，从而使系统获得更快的收敛速度，提高温度调节的响应速度。
[0053]
结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述方法还包括：
[0054]
取自适应律为：
[0055][0056]
在该实现方式中，取可以考虑到系统中各个增益(km,kc,k
p
)的影响，从而在水浴式灭菌器的实际温度调节中，进一步提高调节精度和调节速度。
[0057]
结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第一方面的第七种可能的实现方式中，若系统存在扰动，为自适应律添加校验函数，包括：
[0058]
若系统存在扰动，频域系统模型gm(s)更新为：
[0059][0060]
其中，ω为扰动；
[0061]
为自适应律添加校验函数ξ：
[0062][0063]
其中，γ为抑制系数，q为一个正定函数。
[0064]
在该实现方式中，当系统受到外部扰动时，如水浴式灭菌器(设备)在实际运行中存在一定的振动，特别是自动化产线中，进出料(需要灭菌的药品)时会在一定程度上受到晃动，而换热器在加热过程中由于热源不稳定而产生温度波动等情况，这时就需要考虑扰动问题，进一步对自适应算法进行改进。而添加的此种校验函数ξ，对ω求二阶导后
则ξ对ω有极小值：使得系统满足干扰抑制性能指标：v(e)-v(0)《∫γ2||ω||
2-||q||2dt，使得系统在所设计的自适应律下具有扰动抑制性能，进一步提升系统的稳定性。
[0065]
第二方面，本技术实施例提供一种水浴式灭菌器的控制系统，水浴式灭菌器包括加热装置、灭菌柜和控制系统，所述控制系统内置有改进自适应pid温度控制模型，所述控制系统用于执行第一方面或第一方面的可能的实现方式中任一项所述的水浴式灭菌器的控制方法。
[0066]
结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述控制系统搭载于单片机stm32f103zet6上。
[0067]
在该实现方式中，将控制系统搭载于单片机stm32f103zet6上，使用性价比更优秀的stm32芯片代替plc进行控制，在造价更加低廉的情况下依然具有优秀的控制效果。
[0068]
为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0069]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0070]
图1为水浴式灭菌器的示意图。
[0071]
图2为水浴式灭菌器的温度控制框架图。
[0072]
图3为本技术实施例提供的水浴式灭菌器的控制方法的流程图。
[0073]
图标：100-水浴式灭菌器；110-灭菌柜；111-循环水注入阀门；112-循环水排出阀门；120-加热装置；121-冷却水阀门；122-蒸汽阀门；130-控制系统；140-换热器。
具体实施方式
[0074]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
[0075]
请参阅图1，图1为水浴式灭菌器100的示意图。
[0076]
在本实施例中，水浴式灭菌器100可以包括灭菌柜110、加热装置120和控制系统130。
[0077]
灭菌柜110开设有循环水注入阀门111和循环水排出阀门112，分别用于向灭菌柜110内注入循环水和将灭菌柜110内的循环水排出。灭菌柜110内部设有温度传感器，可以实时检测该灭菌柜110内循环水的温度。
[0078]
加热装置120通过换热器140与灭菌柜110对接，加热装置120开设有冷却水阀门121和蒸汽阀门122，通过调节冷却水阀门121的开度可以调节冷却水对加热装置120的作用，影响换热器140的热传递，从而实现对灭菌柜110的降温调节；通过调节蒸汽阀门122的开度可以调节蒸汽对加热装置120的作用，影响换热器140的热传递，从而实现对灭菌柜110的升温调节。当然，在一些可能的实现方式中，冷却水阀门121和蒸汽阀门122处可以各设一
个温度传感器，以监测冷却水阀门121和蒸汽阀门122的温度。
[0079]
控制系统130主要用于通过对水浴式灭菌器100的各个阀门(如，循环水注入阀门111、循环水排出阀门112、冷却水阀门121和蒸汽阀门122)的控制，实现对水浴式灭菌器100的运行控制。而水浴式灭菌器100的运行控制过程，又以温度控制最为重要(主要通过调节冷却水阀门121的开度和蒸汽阀门122的开度实现温度调节)。本方案中为降低成本，控制系统130主要以stm32f103zet6作为cpu，作为搭载改进自适应pid温度控制模型的载体，实现对水浴式灭菌器100的温度控制。
[0080]
为了便于对本方案的理解，此处先对改进自适应pid温度控制模型的构建过程进行介绍，以便对改进自适应pid温度控制模型的运行原理的理解。
[0081]
首先，可以构建一个频域系统模型，此频域系统模型为开环系统。
[0082]
示例性的，对于水浴式灭菌器100在温度控制部分的频域系统模型，可以选用gm(s)：
[0083][0084]
其中，p(s)为系统输入，q(s)为系统输出。
[0085]
由于此频域系统模型适用于温度控制，因此，p(s)的根均位于左半平面，那么，可以选择如下状态变量：
[0086][0087]
基于此，公式(1)中的频域系统模型gm(s)，就可以改写为：
[0088][0089]
x＝[x1x2...xn]
t
，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0090][0091]
k＝k
m-kck
p
，
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0092][0093]
c＝(1 0 ... 0)，
ꢀꢀꢀ
(8)
[0094]
其中，k为总增益，km为系统增益，kc为可调增益，k
p
为一个调节参数，为常数；为x的一阶微分，x为状态变量，a为系统状态矩阵，b为系数矩阵，c为输出矩阵，r为输入，e为频
域系统模型输出的动态方程。需要说明的是，本方案中字符头上带一个“·”的表示该参数的一阶导数，后文不再赘述。
[0095]
构建出频域系统模型gm(s)后，可以为频域系统模型添加pid传递函数，并添加负反馈部分以形成闭环系统，进一步确定出闭环传递函数，再添加smith预估补偿器传递函数。
[0096]
示例性的，可以为频域系统模型添加pid传递函数gc(s)：
[0097][0098]
其中，k
p
、ki、kd为pid控制器的可调参数。
[0099]
然后，可以为频域系统模型gm(s)添加负反馈部分(主要以灭菌柜110实时检测的柜内实时温度为反馈参数，加入到频域系统模型的输入中)以形成闭环系统，以进一步确定出闭环传递函数ga(s)：
[0100][0101]
其中，τ
p
为滞后环节，g
p
(s)为被控对象的传递函数，即频域系统模型未受控条件下的传递函数(可以理解为频域系统模型所固有的传递函数)。
[0102]
之后，可以为频域系统模型添加smith预估补偿器传递函数gk(s)：
[0103][0104]
通过将smith预估补偿器传递函数gk(s)设计为可以消除部分，因此，在为频域系统模型添加pid传递函数和反馈部分构建闭环系统时，添加smith预估补偿器，这样能够消除滞后环节(闭环系统对应的闭环传递函数ga(s)中有滞后环节)对系统稳定性的影响，提高系统的稳定性。
[0105]
为了实现系统的自适应调节，可以为添加smith预估补偿器后的频域系统模型添加自适应律。本实施例中，可以将可调增益kc这个参数设计为能够自适应调节的函数，从而为频域系统模型添加自适应律。
[0106]
示例性的，可以选取李雅普诺夫函数v(e)：
[0107]
v(e)＝x
t
px+λk2，λ＞0，
ꢀꢀ
(12)
[0108]
其中，λ为任意正常数系数，p为对称正定矩阵。
[0109]
然后。可以对公式(12)的李雅普诺夫函数v(e)沿公式(3)的频域系统模型gm(s)的轨线对时间t求导，得到：
[0110][0111]
取时，即可得到自适应律。
[0112]
由于补偿器为预估补偿，只能够近似进行补偿，可能会与模型之间存在一定偏差，导致系统的跟踪性能下降。因此，在自适应算法设计中添加一个κ类函数，使得用于限制的上下界，从而使系统获得更快的收敛速度，提高温度调节的响应速度。
[0113]
具体的，可以添加一个κ类函数，使得用于限制的上下
界，得到自适应律
[0114][0115]
然后，取pb＝(μ，0，
……
，0)
t
，那么，自适应律为：
[0116][0117]
其中，自适应律即可调增益kc这个参数取为自适应调节时的函数。
[0118]
由此可以得到自适应律使得闭环系统获得更快的收敛速度，提高温度调节的响应速度。
[0119]
示例性的，可以取κ(α)：
[0120][0121]
自适应律变为：
[0122][0123]
取可以考虑到系统中各个增益(km,kc,k
p
)的影响，从而在水浴式灭菌器100的实际温度调节中，进一步提高调节精度和调节速度。
[0124]
当系统受到外部扰动时，如水浴式灭菌器100(设备)在实际运行中存在一定的振动，特别是自动化产线中，进出料(需要灭菌的药品)时会在一定程度上受到晃动，而换热器140在加热过程中由于热源不稳定而产生温度波动等情况，这时就需要考虑扰动问题，进一步对自适应算法进行改进。
[0125]
为了进一步增系统的稳定性，提升系统的扰动抑制性能，针对系统存在扰动的情况，可以为自适应律添加校验函数。
[0126]
示例性的，若系统存在扰动(此处的判断为：考虑系统的实际运行环境中，是否存在容易影响被控参数的外部扰动。由于水浴式灭菌器100在实际运行中存在一定的振动，特别是自动化产线中会受到一定程度的晃动，因此确定为系统存在扰动)，频域系统模型gm(s)可以更新为：
[0127][0128]
其中，ω为扰动。
[0129]
基于此，可以为自适应律添加校验函数ξ：
[0130][0131]
其中，γ为抑制系数，q为一个正定函数。
[0132]
可以对ω求二阶导，得到：
[0133][0134]
则ξ对ω有极小值，为：
[0135][0136]
将公式(17)、公式(21)代入公式(19)，可以推出：
[0137][0138]
那么，可以使得系统满足如下的干扰抑制性能指标：
[0139]
v(e)-v(0)《∫γ2||ω||
2-||q||2dt，
ꢀꢀ
(23)
[0140]
因此，添加校验函数ξ，对ω求二阶导后则ξ对ω有极小值：使得系统满足干扰抑制性能指标：v(e)-v(0)《∫γ2||ω||
2-||q||2dt，使得系统在所设计的自适应律下具有扰动抑制性能，进一步提升系统的稳定性。
[0141]
基于此，可以完成改进自适应pid温度控制模型的构建。需要说明的是，本文中并未介绍相应的参数整定过程，采用常用的几种参数整定方法均可(例如临界比例法、反应曲线法、衰减法等)，并不限定具体使用何种调参方式。
[0142]
对改进自适应pid温度控制模型的构建完成后，可以进一步将改进自适应pid温度控制模型内置于水浴式灭菌器100的控制系统130的cpu中(此时水浴式灭菌器100的温度控制框架如图2所示)。例如，本方案选用单片机stm32f103zet6上，使用性价比更优秀的stm32芯片代替plc进行控制，在造价更加低廉的情况下依然具有优秀的控制效果。
[0143]
基于改进自适应pid温度控制模型的控制系统130，实现水浴灭菌的过程如下：
[0144]
可以先将要灭菌的物品按一定的摆放方式放置于灭菌柜110内，关好密封门，然后往灭菌柜110内注入循环水；当循环水到达一定的高度时，关闭循环水的阀门，启动循环水泵。
[0145]
此时，可以开启蒸汽阀门122，通过换热器140加热灭菌柜110内循环的循环水。在整个灭菌阶段，需要对循环水进行温度控制(可以按照设定温度曲线来控制)，可以通过调节蒸汽阀门122的开度，控制换热器140对灭菌柜110内循环水的加热速率。当循环水的温度到达100℃后，可以调小蒸汽阀门122的开度，使柜内的温度缓慢升至灭菌温度，以及控制灭菌柜110内待灭菌物品维持在灭菌温度。
[0146]
在完成灭菌阶段后，就可以关闭蒸汽阀门122，开启冷却水阀门121，通过换热器140慢速冷却灭菌柜110内循环的循环水。直至循环水的温度降至100℃或以下时，可以调大冷却水阀门121的开度，加快循环水冷却速度。直至循环水温度降至50℃后，关闭循环水泵、冷却水阀门121、压缩空气阀门，打开循环水排出阀门112，排放灭菌柜110内的循环水和热空气。直至灭菌柜110内相对压为零，循环水排放完毕，消毒后的物品温度低于50℃后就可以开启柜门，完成水浴灭菌。
[0147]
那么，在灭菌过程中涉及的灭菌柜110内循环水的温度控制，就可以利用本技术实
施例提供的水浴式灭菌器100的控制方法来实现。请参阅图3，图3为本技术实施例提供的水浴式灭菌器100的控制方法的流程图。在本实施例中，水浴式灭菌器100的控制方法可以包括步骤s10、步骤s20和步骤s30。
[0148]
首先，启动循环水泵后，控制系统130可以执行步骤s10。
[0149]
步骤s10：获取设定温度曲线和柜内实时温度，其中，所述设定温度曲线表示预先设定的水浴灭菌过程中的温度控制曲线，所述柜内实时温度通过设置在所述灭菌柜内的温度传感器实时检测该灭菌柜内循环水的温度所得。
[0150]
在本实施例中，控制系统130可以获取设定温度曲线和柜内实时温度，设定温度曲线表示预先设定的水浴灭菌过程中的温度控制曲线，而柜内实时温度通过设置在灭菌柜110内的温度传感器实时检测该灭菌柜110内循环水的温度所得。
[0151]
得到设定温度曲线和柜内实时温度后，控制系统130可以执行步骤s20。
[0152]
步骤s20：基于所述柜内实时温度和所述设定温度曲线，利用所述控制系统内置的改进自适应pid温度控制模型，确定出控制信号。
[0153]
在本实施例中，控制系统130可以将设定温度曲线(温度与时间的关系曲线)作为指标，将在某个时段内采集的柜内实时温度(可以是在等间距间隔时间点上采集的多个温度参数)作为改进自适应pid温度控制模型的输入，将改进自适应pid温度控制模型的输出作为生成阀门控制信号的基础，进一步生成针对冷却水阀门121的开度或蒸汽阀门122的开度的控制信号。
[0154]
确定出控制信号后，控制系统130可以执行步骤s30。
[0155]
步骤s30：基于所述控制信号，控制所述加热装置内设置的冷却水阀门的开度或蒸汽阀门的开度。
[0156]
在本实施例中，控制系统130可以基于控制信号，控制加热装置120内设置的冷却水阀门121的开度或蒸汽阀门122的开度，从而调节冷却水阀门121或蒸汽阀门122的流量，反映到换热器140对灭菌柜110的加热过程中，实现对灭菌柜110内循环水的温度控制。
[0157]
综上所述，本技术实施例提供一种水浴式灭菌器100的控制系统130及控制方法，水浴式灭菌器100包括加热装置120、灭菌柜110和控制系统130，控制系统130通过获取设定温度曲线和柜内实时温度；基于柜内实时温度和设定温度曲线，利用控制系统130内置的改进自适应pid温度控制模型，确定出控制信号；再基于控制信号，控制加热装置120内设置的冷却水阀门121的开度或蒸汽阀门122的开度。这样的方式可以利用改进自适应pid温度控制模型对温度进行控制，用以对时间滞后进行补偿，提高系统的温度控制精度和调节速度，从而能够在温度控制过程中，使用单阀门(即进行温度调节时，在一个时间节点上仅使用一个阀门进行调节)实现温度的精准调节，能够简化现有技术中的温度控制过程。
[0158]
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
[0159]
以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：

1.一种水浴式灭菌器的控制方法，其特征在于，水浴式灭菌器包括加热装置、灭菌柜和控制系统，所述控制方法应用于所述控制系统，包括：获取设定温度曲线和柜内实时温度，其中，所述设定温度曲线表示预先设定的水浴灭菌过程中的温度控制曲线，所述柜内实时温度通过设置在所述灭菌柜内的温度传感器实时检测该灭菌柜内循环水的温度所得；基于所述柜内实时温度和所述设定温度曲线，利用所述控制系统内置的改进自适应pid温度控制模型，确定出控制信号；基于所述控制信号，控制所述加热装置内设置的冷却水阀门的开度或蒸汽阀门的开度。2.根据权利要求1所述的水浴式灭菌器的控制方法，其特征在于，构建所述改进自适应pid温度控制模型的过程包括：构建一个频域系统模型，其中，所述频域系统模型为开环系统；为所述频域系统模型添加pid传递函数，并添加负反馈部分以形成闭环系统，进一步确定出闭环传递函数，再添加smith预估补偿器传递函数；为添加smith预估补偿器后的频域系统模型添加自适应律；若系统存在扰动，为自适应律添加校验函数。3.根据权利要求2所述的水浴式灭菌器的控制方法，其特征在于，构建一个频域系统模型，包括：构建频域系统模型g
m
(s)为：x＝[x1x2...x
n
]
t
，k＝k
m-k
c
k
p
，c＝(1 0...0)，其中，k为总增益，k
m
为系统增益，k
c
为可调增益，k
p
为一个调节参数，为常数；为x的一阶微分，x为状态变量，a为系统状态矩阵，b为系数矩阵，c为输出矩阵，r为输入，e为频域系统模型输出的动态方程。4.根据权利要求3所述的水浴式灭菌器的控制方法，其特征在于，为所述频域系统模型添加pid传递函数，并添加负反馈部分以形成闭环系统，进一步确定出闭环传递函数，再添
加smith预估补偿器传递函数，包括：为所述频域系统模型添加pid传递函数g
c
(s)：其中，k
p
、k
i
、k
d
为pid控制器的可调参数；为所述频域系统模型添加负反馈部分以形成闭环系统，确定出闭环传递函数g
a
(s)：其中，τ
p
为滞后环节，g
p
(s)为被控对象的传递函数，即所述频域系统模型未受控条件下的传递函数；为所述频域系统模型添加smith预估补偿器传递函数g
k
(s)：5.根据权利要求4所述的水浴式灭菌器的控制方法，其特征在于，为添加smith预估补偿器后的频域系统模型添加自适应律，包括：选取李雅普诺夫函数v(e)：v(e)＝x
t
px+λk2，λ＞0，其中，λ为任意正常数系数，p为对称正定矩阵；对李雅普诺夫函数v(e)沿频域系统模型g
m
(s)的轨线对时间t求导，得到：取时，得到自适应律。6.根据权利要求5所述的水浴式灭菌器的控制方法，其特征在于，取时，得到自适应律，包括：添加一个κ类函数，使得用于限制的上下界，得到自适应律的上下界，得到自适应律取pb＝(μ，0，
……
，0)
t
，自适应律为：其中，自适应律即可调增益k
c
这个参数取为自适应调节时的函数。7.根据权利要求6所述的水浴式灭菌器的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：取自适应律为：
8.根据权利要求7所述的水浴式灭菌器的控制方法，其特征在于，若系统存在扰动，为自适应律添加校验函数，包括：若系统存在扰动，频域系统模型g
m
(s)更新为：其中，ω为扰动；为自适应律添加校验函数ξ：其中，γ为抑制系数，q为一个正定函数。9.一种水浴式灭菌器的控制系统，其特征在于，水浴式灭菌器包括加热装置、灭菌柜和控制系统，所述控制系统内置有改进自适应pid温度控制模型，所述控制系统用于执行权利要求1～8中任一项所述的水浴式灭菌器的控制方法。10.根据权利要求9所述的水浴式灭菌器的控制系统，其特征在于，所述控制系统搭载于单片机stm32f103zet6上。

技术总结

本申请提供一种水浴式灭菌器的控制系统及控制方法，水浴式灭菌器包括加热装置、灭菌柜和控制系统，控制系统可通过获取设定温度曲线和柜内实时温度；基于柜内实时温度和设定温度曲线，利用控制系统内置的改进自适应PID温度控制模型，确定出控制信号；再基于控制信号，控制加热装置内设置的冷却水阀门的开度或蒸汽阀门的开度。这样的方式可以利用改进自适应PID温度控制模型对温度进行控制，用以对时间滞后进行补偿，提高系统的温度控制精度和调节速度，从而能够在温度控制过程中，使用单阀门(即进行温度调节时，在一个时间节点上仅使用一个阀门进行调节)实现温度的精准调节，能够简化现有技术中的温度控制过程。简化现有技术中的温度控制过程。简化现有技术中的温度控制过程。