一种半导体制冷温控箱的智能温控方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体制冷温控箱的智能温控方法，温度传感器采集实时检测温度值并与温控箱的设定值进行比较，得到偏差；将得到的偏差进行在线校正，得到校正后的偏差；将校正后的偏差输入到专家模糊控制器进行专家模糊控制，输出控制命令，调节半导体致冷片的温度。本发明专利技术对温度偏差不对称的现象进行在线校正，有效地提高了温度控制精度，有效地避免了建立温控箱的非线性模型的难题，不仅提高了温控系统的控制精度，响应速度，而且也提高了系统的可靠性及安全性。

An intelligent temperature control method for the temperature control box of semiconductor refrigeration

Intelligent temperature control method of the invention relates to a semiconductor refrigeration temperature control box, temperature sensor acquisition and real-time detection of temperature and temperature control box set value, get the deviation; deviation will be corrected online, deviation after correction; deviation after correction of input to expert fuzzy controller expert fuzzy control output. The control command, adjusting the semiconductor cooling pad temperature. The phenomenon of asymmetric temperature deviation is corrected online, effectively improves the precision of temperature control, effectively avoids the problem of nonlinear model of temperature control box, temperature control can improve the control precision and response speed of the system, but also improves the system reliability and safety.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体制冷温控箱的智能温控方法
本专利技术涉及半导体智能温控领域，具体地说是一种半导体制冷温控箱的智能温控方法。
技术介绍
随着微电子技术的不断发展，小型化甚至微型化成为各种设备的发展潮流与方向。对于航天、军事、医疗、生物制品、车载等特殊有限空间的独特需求，往往需要对少量甚至微量的物料进行精确的存储。因此，半导体制冷温控箱就应运而生。半导体制冷温控箱主要以半导体制冷片为核心温控器件，半导体制冷的原理是帕尔贴效应，它既可加热又可制冷，通过改变直流电流的极性实现半导体制冷片的加热与制冷工作模式。半导体片的热端采用水循环散热，温控箱的箱体间填充发泡剂起到保温作用。通过改变电流大大小及方向控制半导体制冷片的工作状态，实现温控箱的恒温功能。现有的半导体制冷温控箱的温控方法需要建立温控箱的精确数学模型，然而对于半导体制冷与制热两种工作模式效率的差异、两片半导体制冷片同时制热或制冷会造成大的超调且具有大延迟特性。采用现有的温控方法对于温控系统的非线性特性很难实现精确的控制，当半导体对工作模式切换时，需要重新调整算法的参数。因此，现有的半导体制冷温控方法需要花费大量的时间、效率较低，且控制精度不高、灵活性差，不能满足高性能的要求。专家模糊控制不需要半导体制冷温控箱的精确模型，根据专家的知识及经验输出控制命令实现温控箱的精确控制。不仅克服了现有半导体温控方法的需要精确模型的缺点，也提高了温控箱系统的响应速度、控制精度及可靠性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种结合了反馈控制、前馈补偿和偏差校正以及专家模糊控制的半导体制冷温控箱智能温控方法，对温控箱快速精确的控制，以提高系统的可靠性与稳定性。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种半导体制冷温控箱的智能温控方法，包括以下步骤：步骤1：温度传感器采集实时检测温度值并与温控箱的设定值进行比较，得到偏差；步骤2：将得到的偏差进行在线校正，得到校正后的偏差；步骤3：将校正后的偏差输入到专家模糊控制器进行专家模糊控制，输出控制命令，调节半导体致冷片的温度。所述在线校正通过波峰-波谷值校正方法进行校正。所述波峰-波谷值校正方法包括以下步骤：步骤1：将偏差e1(k)作为输入，初始化校正量adjust和标志位；步骤2：将偏差e1(k)加上初始校正量adjust后，计算初始化校正后的偏差e1′(k)，即：e1′(k)＝e1(k)+adjust其中，e1(k)为偏差、adjust为初始校正量、e1′(k)为初始化校正后的偏差；步骤3：如果偏差e1(k)正负值发生变化，则标志位加1，否则继续判断标志位是否为0；步骤4：如果标志位为0，则初始化波峰值e1(k)_max和波谷值e1(k)_min，否则继续判断标志位是否为2；步骤5：如果标志位为2，则根据波峰值e1(k)_max和波谷值e1(k)_min计算实际的校正值adjust1：adjust1＝-(e1(k)_max+e1(k)_min)/2其中，adjust1为实际的校正值、e1(k)_max为波峰值、e1(k)_min为波谷值；如果标志位不为2，则更新波峰值e1(k)_max和波谷值e1(k)_min；步骤6：计算校正后的偏差e1″(k)，校正后的偏差等于偏差e1(k)加上实际的校正值adjust1，即：e1″(k)＝e1(k)+adjust1；其中，e1(k)为偏差、adjust1为实际的校正值、e1″(k)为校正后的偏差。所述专家模糊控制包括以下步骤：步骤1：将校正后的偏差进行差分处理，得到校正后的偏差变化率；步骤2：对校正后的偏差和校正后的偏差变化率进行模糊化处理，得到校正后偏差的模糊变量和校正后的偏差变化率的模糊变量；步骤3：将校正后偏差的模糊变量和校正后的偏差变化率的模糊变量作为模糊控制器的输入，计算半导体制冷片的电压占空比；步骤4：温度传感器采集温控箱外部温度值y1(k)，并计算温控箱外部温度值y1(k)与设定温度值间的差值e2(k)；步骤5：将校正后的偏差e1″(k)、电压占空比u(k)的模糊变量以及温控箱外部温度值y1(k)与设定温度值间的差值e2(k)输入到专家模糊控制器的数据库；步骤6：根据专家模糊控制器的知识库中存储的温度控制知识，基于专家模糊控制规则对数据库中输入的数据信息进行推理，得出控制命令。所述电压占空比为：其中，为校正后偏差的模糊变量、为校正后的偏差变化率的模糊变量，为电压占空比u(k)的模糊变量，α(k)为修正因子。所述温控箱外部温度值y1(k)与设定温度值间的差值e2(k)为：e2(k)＝r(k)-y1(k)其中，r(k)为设定温度值，y1(k)为温控箱外部温度值，e2(k)为温控箱外部温度值y1(k)与设定温度值间的差值。所述修正因子为α(k)为：其中，α(k)为当前时刻修正因子，α(k—1)为上一时刻的修正因子，e″(k-1)为上一时刻的校正后的偏差。所述专家模糊控制规则为：基于当前环境温度与温控箱设定温度的差值ΔT℃，判断ΔT℃所在的温度区间，从而映射到专家库中该温度区间所对应半导体制冷片的工作状态。所述专家模糊控制器包括知识库和数据库，所述知识库和数据库通过专家模糊控制规则进行关联；所述知识库存储温控领域知识以及专家经验；所述数据库存储校正后的偏差、电压占空比的模糊变量以及温控箱外部温度值与设定温度值间的差值；所述专家模糊控制规则为产生式规则，用if数据库中数据then知识库中数据表示。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.本专利技术对温度偏差采用波峰一波谷值校正的方法，对温度偏差不对称的现象进行在线校正，有效地提高了温度控制精度。2.本专利技术采用专家模糊控制，有效地避免了建立温控箱的非线性模型的难题。3.本专利技术的半导体制冷温控方法不仅提高了温控系统的控制精度，响应速度，而且也提高了系统的可靠性及安全性。附图说明图1是本专利技术的过程示意图；图2是本专利技术的偏差在线校正流程图；图3是本专利技术的专家模糊控制关系图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。如图1所示为本专利技术的过程示意图。第一步确定半导体制冷温控箱的工作温度根据半导体制冷温控箱的工作要求，设定半导体制冷温控箱的工作温度为人r(k)(r(k)的取值为-5℃～+60℃)；第二步温度传感器采集半导体制冷温控箱内的温度y(k)，将温度传感器的实时检测值与温控箱的设定值进行比较产生偏差；第三步偏差e1(k)等于半导体制冷温控箱的设定工作温度r(k)减去温度传感器的测量值y(k)，即e1(k)＝r(k)-y(k)；第四步将偏差e1(k)进行偏差在线校正，得到校正后的偏差e1′(k)；在对半导体温控箱系统调试过程中，温度偏差有不对称的现象，有时正偏差较大，有时负偏差较大，对系统的控制精度造成了影响。针对这种情况，本系统采用了波峰一波谷值校正的方法，即利用一个温度波形周期中的波峰和波谷的值，对偏差进行在线校正，作为数据库的事实输入。再根据校正后偏差e(k)通过PID算法输出PWM信号控制半导体TEC器件。如图2所示为本专利技术的在线校正流程图。偏差在线校正的步骤：计算偏差e1(k)作为输入，初始化校正量adjust，初始化标志位f；初始化校正后的偏差e1′(k)等于计算偏差e1(k)加上初始校正量adjust，即e1′(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体制冷温控箱的智能温控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：温度传感器采集实时检测温度值并与温控箱的设定值进行比较，得到偏差；步骤2：将得到的偏差进行在线校正，得到校正后的偏差；步骤3：将校正后的偏差输入到专家模糊控制器进行专家模糊控制，输出控制命令，调节半导体致冷片的温度。

【技术特征摘要】
1.一种半导体制冷温控箱的智能温控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：温度传感器采集实时检测温度值并与温控箱的设定值进行比较，得到偏差；步骤2：将得到的偏差进行在线校正，得到校正后的偏差；步骤3：将校正后的偏差输入到专家模糊控制器进行专家模糊控制，输出控制命令，调节半导体致冷片的温度。2.根据权利要求1所述的半导体制冷温控箱的智能温控方法，其特征在于：所述在线校正通过波峰-波谷值校正方法进行校正。3.根据权利要求2所述的半导体制冷温控箱的智能温控方法，其特征在于：所述波峰-波谷值校正方法包括以下步骤：步骤1：将偏差e1(k)作为输入，初始化校正量adjust和标志位；步骤2：将偏差e1(k)加上初始校正量adjust后，计算初始化校正后的偏差e1'(k)，即：e1'(k)＝e1(k)+adjust其中，e1(k)为偏差、adjust为初始校正量、e1'(k)为初始化校正后的偏差；步骤3：如果偏差e1(k)正负值发生变化，则标志位加1，否则继续判断标志位是否为0；步骤4：如果标志位为0，则初始化波峰值e1(k)_max和波谷值e1(k)_min，否则继续判断标志位是否为2；步骤5：如果标志位为2，则根据波峰值e1(k)_max和波谷值e1(k)_min计算实际的校正值adjust1：adjust1＝-(e1(k)_max+e1(k)_min)/2其中，adjust1为实际的校正值、e1(k)_max为波峰值、e1(k)_min为波谷值；如果标志位不为2，则更新波峰值e1(k)_max和波谷值e1(k)_min；步骤6：计算校正后的偏差e1”(k)，校正后的偏差等于偏差e1(k)加上实际的校正值adjust1，即：e1”(k)＝e1(k)+adjust1；其中，e1(k)为偏差、adjust1为实际的校正值、e1”(k)为校正后的偏差。4.根据权利要求1所述的半导体制冷温控箱的智能温控方法，其特征在于：所述专家模糊控制包括以下步骤：步骤1：将校正后的偏差进行差分处理，得到校正后的偏差变化率；步骤2：对校正后的偏差和校正后的偏差变化率进行模糊化处理，得到校正后偏差的模糊变量和校正后的偏差变化率的模糊变量；步骤3：将校正后偏差的模糊变量和校正后的偏差变化率的模糊变量作为模糊控制器的输入，计算半导体制冷片的电压占空比；步骤4：温度传感器采集温控箱外部温度值y1(k)，并计算温控箱外部温度值y1(k)与设定温度值间的差值e2(k...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，杨小菊，何旭，李婷，米海山，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21