引言

    　随着自动化技术的进一步发展，现在很多家庭都希望能享受智能化服务的家居环境；人们生活无非衣食住行，对于居住，如果有智能化淋浴设施，更能为生活增色不少，智能化淋浴设施中关键的两项技术为：温度控制与流量控制，其中人们对于温度控制是希望在自己设定数值以后变化不大，仅仅在设定数值周围波动；而流量则直接按需要进行调节。
   
    　1、系统介绍

    　水温调节系统由温度传感装置、控制系统、显示装置、冷水流控制装置、热水流控制装置、总流量控制装置构成，如图1所示。其中流量与温度有一定的关系，系统利用温度传感器测量水的温度，并将其结果传递到控制系统，将温度显示出来，并与所设置的温度进行对比，根据对比所得到的结果来控制冷热水的流量。

图1 水温调节系统组成框图

   　 2、流体控制分析

    　水温调节系统目标是控制出水管的温度和流量。对于流量的控制，是通过手动调节来实现的；而对于温

    　先用数学建模的方法对最终的控制量的影响因素进行分析。设冷水的质量为m1，流量为Q量1，温度为t温1，热水的质量为m2，流量为Q量2，温度为t温2，最终水的质量为m3，流量为Q量3，温度为t温3，可推知混合后冷水、热水的温度均变为t温3，水的密度为ρ。温度的改变与水的热量有关系，由比热公式：C=Q热[m(t温1-t温o)]可知热量和质量、温差之间的关系。在本系统中，最终的水温和冷水、热水分别的混合质量有关系，而混合质量可以看作单位时间内液体流过通流截面的液体质量，由此可知在单位时间t时内，流过的液体质量为m=ρt时Q量。若不考虑散失的那部分热量，也不考虑温度对液体粘度的影响，由以上条件，可以列出以下方程：

     
    　从该方程式可以推出，也就是说最终的温度是取决于冷水的温度、流量和热水的温度、流量等因素，要控制最终的温度，就要适时对冷热水的温度、流量进行相应的控制。根据所设置的温度与显示温度的温差，来控制调节系统调节的快慢，从而实现短时间内较稳定地将温度控制在所设置的范围内的目的。控制方法选择将连续域离散化法设计PID控制器。模拟式PID控制器的方框图如图2所示。

图2 模拟式PID控制器方框图

    　为了使控制算法简单，对于该模拟式PID控制器，用矩形法数值积分来代替连续积分，也就是用位置算法，则可得到差分方程如下：

   
     
   　 其中：　。

   　 位置算法的特点是每次的u(k)值与被控制的位置一一对应，即每次u(k)的值直接决定了执行装置的位置。对于参数的确定，由计算出来的T1=1.00263、TD=0.29655开始，根据工程实验进行修改。

   　 3、结论

    　根据建立的模型，通过编程改变横截面积的方法对各个管道的流量进行控制，从而对温度进行调节。通过工程实际的验证，对理论推导出来模拟PID控制数据表进行了修整，得到了一个比较符合现实的数据表，再通过该表直接对电机进行控制，通过电机的控制来改变管道的横截面积，从而改变流量来控制温度。

    　通过理论分析与实验验证，得到了比较符合人们要求的产品，为智能化淋浴设施的实现，带来了更大的工程应用前景。