[發明專利]基于PID控制的升溫方法以及系統

有效

• 申請號: 201310213739.6
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103279146A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 俞霆;隨東麗;卞濱
• 申請（專利權）人: 上海天美科學儀器有限公司
• 主分類號: G05D23/00
• 分類號: G05D23/00;G05B11/42;C12Q1/68
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 張堅

技術領域

本發明屬于PID溫控領域，尤其涉及一種基于PID控制的升溫方法以及系統。

背景技術

通過升溫手段加熱變性時DNA溶液A260升高達到最大值一半時的溫度稱為該DNA的熔解溫度（Tm，melting?temperature），Tm是研究核酸變性很有用的參數。

通常通過PID溫度控制來進行升溫，PID溫度控制是通過比例、積分和微分的運算來對溫度進行控制。

與溫度控制相關的因素非常多，涉及到加熱功率，加熱塊安放位置，熱傳導是否一致，傳感器位置及其本身差異，周圍環境的變數等等。

傳統的基于PID控制的升溫方法往往需要人為地打破PID原有參數的值，以達到程序升溫的目的，一般采用的是比較加減法來控制，但是由于需要使用不同的升溫速率，此時上述相關的因素就變得不可琢磨，需要對溫控裝置進行大量的實驗摸索，以獲得最佳的設置變量，當升溫速率選擇比較多或跨度比較大的時候很難找到一種上下兼顧的參數，并且采用這種方法不可避免地會發生溫度達到設定值以后出現控過沖以及溫度平衡時間過長的缺點。

而為了準確地測量核酸的TM值，同時由于DNA加熱變性是在一個相當窄的溫度內完成的，所以需避免在升溫過程中溫度出現大幅過沖（沖破設定值）造成測量的不準確。

發明內容

基于此，針對上述技術問題，提供一種基于PID控制的升溫方法以及系統。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種基于PID控制的升溫方法，包括以下步驟：

將預設單位時間內的預設升溫值換算為一單位子時間內的子升溫值，所述單位子時間為所述預設單位時間的N分之一，所述子升溫值為所述預設升溫值的N分之一，其中N>1；

在PID恒溫控制下，從預設初始溫度開始，每經一所述單位子時間升溫一所述子升溫值作為恒溫設定值，直至到達預設的目標接近溫度；

在PID恒溫控制下，從所述目標接近溫度開始，通過以下公式設置每經一時間增量后相應的恒溫設定值,直至到達預設目標溫度：

Y=0.1761X³-1.7893X²+5.5397X+75.137

其中，X為時間增量，從0秒開始計時，Y為恒溫設定值。

所述單位時間內的預設升溫值為每秒5℃，所述單位子時間內的子升溫值每0.2秒1℃。

所述初始溫度為20℃，所述目標接近溫度為75℃，所述目標溫度為80℃。

本方案還涉及一種基于PID控制的升溫系統，包括：

一次分段升溫速度換算單元，用于將預設單位時間內的預設升溫值換算為一單位子時間內的子升溫值，所述單位子時間為所述預設單位時間的N分之一，所述子升溫值為所述預設升溫值的N分之一，其中N>1；

一次分段升溫單元，用于在PID恒溫控制下，從預設初始溫度開始，每經一所述單位子時間升溫一所述子升溫值作為恒溫設定值，直至到達預設的目標接近溫度；

二次分段升溫單元，用于在PID恒溫控制下，從所述目標接近溫度開始，通過以下公式設置每經一時間增量后相應的恒溫設定值,直至到達預設目標溫度：

Y=0.1761X³-1.7893X²+5.5397X+75.137

其中，X為時間增量，從0秒開始計時，Y為恒溫設定值。

本方案還包括參數設置單元，用于設置PID恒溫控制參數、預設升溫值、初始溫度、目標接近溫度以及目標溫度。

所述單位時間內的預設升溫值為每秒5℃，所述單位子時間內的子升溫值每0.2秒1℃。

所述初始溫度為20℃，所述目標接近溫度為75℃，所述目標溫度為80℃。

本發明將預設單位時間分割成了N個子單位時間，在每個單位時間內，可以進行N段的逐步升溫，由于每段的升溫量相同且都非常小，所以仍然可以通過PID恒溫控制來實現，并且溫度達到目標值后不會出現溫度過沖現象，達到溫度平衡所花的時間也非常短，同時，由于逐步升溫量都非常小，只需使用一套PID控制參數，使得調試非常簡單，也無需摸索不同升溫速率下的參數設置，從而能夠準確地測量核酸的TM值。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式本發明進行詳細說明：

圖1為本發明的一種基于PID控制的升溫方法的流程圖；

圖2為本發明的一種基于PID控制的升溫系統的示意圖。

具體實施方式