[發明專利]半導體制冷器模擬PID溫控電路參數自動整定裝置

無效

• 申請號: 201310039101.5
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103149954A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 劉云芳;傅雨田;李建偉;張曉
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海技術物理研究所
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20;G05B19/042
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 郭英

技術領域

本發明涉及半導體制冷器溫控電路參數自動整定裝置，具體是指一種半導體制冷器模擬PID溫控電路參數自動整定裝置。

背景技術

隨著紅外探測器的廣泛應用，人們發現探測器的工作溫度對探測器的響應波段、暗電流、量子效率、非均勻性、響應時間常數等性能都有很大影響。因此，隨著加工工藝的不斷進步，越來越多的紅外探測器中封裝了制冷精度高、響應速率快的熱電制冷模塊（TEC），甚至采用多級熱電制冷來實現探測器工作所需低溫工作環境。為了保證高探測性能，往往要求探測器的工作溫度具有很好的穩定性。目前大多數應用PWM的功率驅動技術來控制TEC的制冷電流，不僅能提高系統的效率，而且具有高精度、高效率和高集成度的特點。但實際使用中，由于TEC與探測器封裝在一起，大電流、高頻率的PWM信號容易對探測器的探測性能產生影響，特別是對于微弱信號的探測，PWM信號產生的干擾噪聲甚至能淹沒有效信號。而采用模擬PID電路對TEC制冷進行控制時，由于不涉及數字量的變化，因此對探測器的探測性能幾乎沒有影響。另外，模擬PID的控制是由電路實現的，這有利于提高系統的運行速率，簡化系統程序的結構，減少程序運行出錯幾率，提高系統程序運行的可靠性。因此，具有電路簡單、性能可靠、噪聲低等優點的模擬PID溫控電路不僅能保證探測器工作溫度穩定，而且不影響探測性能。

一般，模擬PID溫控電路使用前需要對三個PID參數進行設定。另外，環境的變化使被控對象具有時變性，系統經過一段時間后往往會出現性能欠佳、適應性變差、控制效果下降等情況，這時也需要對PID參數進行重新設定。而模擬PID電路參數的設定一般要求調試人員具有豐富的模擬電路調試經驗，且需要調試人員反復調整電阻或電容等參數才能達到控制精度要求，其調試過程非常繁瑣、耗時。因此，研究模擬PID溫控電路參數自動整定裝置，以適應復雜工況及高性能指標的控制要求，是實現節能優化控制的重要手段，具有重大的工程實踐意義。

到目前為止，國內外有很多研究人員對數字PID參數的自動整定技術進行了大量的研究工作，也取得了一些成果，如基于繼電反饋的PID參數自整定、基于模糊PID參數的自整定以及基于神經網絡的PID參數自整定。然而，對于模擬PID電路參數的自動整定技術，國內外目前還沒有對其進行過研究，通常憑借調試人員的經驗對PID電路參數進行調試。

發明內容

本發明的目的是提供一種能對半導體制冷器模擬PID溫控電路參數進行自動整定的裝置，解決人工調試模擬PID溫控電路參數繁瑣、耗時的問題，并降低對調試人員調試經驗的要求，針對不同溫控指標的模擬PID溫控電路進行參數優化，可有效減少調試周期，提高效率，加快研發進度。

本發明的半導體制冷器模擬PID溫控電路參數自動整定裝置由測溫模塊、模擬PID溫控模塊、熱電制冷驅動模塊、MCU主控制模塊以及上位機組成，其中，所述的測溫模塊由溫度傳感器和測溫電路組成，用于實時采集熱電制冷器內部溫度；所述的模擬PID溫控模塊由模擬PID電路和被控數字元器件組成，用于控制驅動熱電制冷器的制冷電流；所述的熱電制冷驅動模塊由熱電制冷片、MOS管和散熱裝置組成，用于實現熱電制冷片的冷端制冷和熱端散熱；所述的MCU主控制模塊是整個裝置的核心，由MCU、ADC、DAC和通訊端口組成，其功能包括溫度的采集、與上位機進行通訊、模擬PID溫控參數的調節、自整定算法的實現；所述的上位機由微型機及內置編程軟件構成，完成溫控指標、PID參數初始值的設定以及熱電制冷內部溫度的實時顯示。

本發明的半導體制冷器模擬PID溫控電路參數自動整定裝置的工作流程如下：MCU通過串口通訊接收在上位機的軟件界面設定的溫控指標、PID參數初始值及整定裝置的啟動命令后，首先通過測溫模塊對熱電制冷器內部溫度進行連續采集，然后通過自整定算法將采集的多組溫度數據進行計算、并與溫控指標進行比較，最后用比較結果對模擬PID溫控模塊中的數字電位器進行調節，以此控制驅動熱電制冷器的制冷電流；整個過程中MCU還需要將連續采集的熱電制冷器內部溫度通過串口通訊傳給上位機進行實時顯示，以便觀測整個自整定過程。所述的自整定算法是先比例，后積分，最后是微分的常規PID參數整定算法或者是模糊算法、神經網絡算法的智能PID參數整定。

本發明由于采用以上技術方案，具有如下優點：由于整個自整定過程不需要更改硬件，只需要在上位機軟件界面輸入半導體制冷系統所需的溫控指標，可有效的解決人工調試模擬PID溫控電路參數繁瑣、耗時的問題，同時降低對調試人員調試經驗的要求，更有利于對不同溫控指標的模擬PID溫控電路參數的整定。

附圖說明