基于增量式PID控制的半导体制冷温控系统.pdf

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1、仪器仪表／检测／监控现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１３年第１１期基于增量式PID控制的半导体制冷温控系统王怀光，范红波，任国全，马超（军械工程学院，石家庄０５０００３）摘要：为实现半导体制冷装置制冷温度的精确控制，设计了基于数字式温度传感器ＤＳ１８Ｂ２０的控制硬件和基于增量式ＰＩＤ的控制算法。多个ＤＳ１８Ｂ２０构成分布式的温度采集系统，获取试验箱内的温度数据，并传递给上位机。温度控制算法根据最近三次温度采样值计算控制量，进而确定半导体制冷片的工作状态，调节箱体内的温度。在给定目标温度的前提下，进行了８０ｍｉｎ的制冷试验，试验结果表明该

2、温控系统具有较好的控制效果。关键词：半导体制冷；增量式ＰＩＤ控制；温度控制中图分类号：ＴＰ２７３　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１３）１１—０１１０—０４ThesemiconductorrefrigeratortemperaturecontrolsystembasedonincreasingPIDcontrollingmethodＷａｎｇＨｕａｉｇｕａｎｇ，ＦａｎＨｏｎｇｂｏ，ＲｅｎＧｕｏｑｕａｎ，ＭａＣｈａｏ（ＯｒｄｎａｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５０００３，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｔ

3、ｈｅｐｒｅｃｉｓｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｅｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’ｓｈａｒｄｗａｒｅｗａｓｂａｓｅｄｏｎＤＳ１８Ｂ２０ａｎｄｉｔｓｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｂａｓｅｄｏｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｍｕｌｔｉｐｌｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒｓｏｆＤＳ１８Ｂ２０ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｅｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｃｑｕｉｓｉｔ

4、ｉｏｎｓｙｓｔｅｍｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄａｔａｏｆｔｈｅｔｅｓｔｃｈａｍｂｅｒ，ａｎｄｐａｓｓｅｄｆｏｒｔｈｅＰＣ．Ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｌｃｕｌａｔｅｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｑｕａｎｔｉｔｙａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｒｅｅｍｏｓｔｒｅｃｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｍｐｌｅｖａｌｕｅｓ，ａｎｄｔｈｅｎｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃ-ｔｏｒｃｏｏｌｉｎｇｐｉｅｃｅｓｔｏａｄｊｕｓｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆｔｈｅｃｈａｍｂｅｒ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｐｒｅｍｉｓ

5、ｅｏｆａｇｉｖｅｎｔａｒｇｅｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，８０ｍｉｎｕｔｅｓｒｅｆｒｉｇｅｒａ-ｔｉｏｎｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｈａｄａｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔ．Keywords：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｏｒ；ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌ０　引言１　半导体制冷系统总体组成半导体制冷也叫温差制冷、热电制冷或电子制整个系统由试验箱、制冷片组、散热（冷）装置、温［１］冷，是利用“珀尔帖效应”进行制冷的一种方法。与度监控系统和电源组成。传统的制冷技术相比，热

6、电制冷具有结构简单、无任制冷系统的空间结构如图１所示。图１中，数字何机械运动部件、无噪声、无磨损、可靠性高、寿命长、１～１０表示温度传感器。试验箱由镀锌铁皮加工而维修方便、体积小、重量轻、启动快、控制灵活和操作成，内衬有泡沫保温层，试验箱的３个面上加工有制冷［２-３］具有可逆性等特点。半导体制冷技术已经广泛应片的安装孔，箱体内置有温度传感器的安装支架。半用于航空航天、军事和医疗设备等领域。导体制冷片共３片，安装于试验箱的安装孔内，由环氧半导体制冷片的工作状态与其工作电压、工作电树脂制成的隔板支撑。在制冷片冷热两端分别装有流、制冷片两端的散热条件、冷热端温差和环境温度由铝翅片和风扇构成

7、的散热装置。温度监控系统由［４］等诸多因素有关，其制冷过程是一个非稳态过程。传感器组和温度采集电路、控制电路组成，用于监测因此，要实现半导体制冷温度的精确控制有一定难制冷片两端以及箱体内温度的变化，控制制冷片和风度。本文针对半导体制冷试验箱，设计基于数字温度扇的工作状态，调节箱体内的温度。传感器ＤＳ１８Ｂ２０和增量式ＰＩＤ控制的温控系统，为实温度传感器共１０个，其中，传感器１～传感器６安现半导体制冷温度的精确控制探索一条有效途径。装于制冷片冷热端的铝翅片上