[发明专利]一种基因扩增设备的级联控制算法

说明书

技术领域

本发明属于生物学及医学的检测领域，具体涉及一种基因扩增设备的级联 控制算法。

背景技术

在传统基因扩增的控制过程中，温度过程控制是一个难点，温度传感子系 统测量控制过程的温度变化情况，而系统传感信号和控制流程的反馈机制将使 系统反应速度有一个延迟，从而将引起系统温度指标的超调或欠缺，在这种情 况下，设定点和实际温度将产生误差，这将需要很长时间才能获得稳定效果； 一个需要快速稳态的基因扩增设备的温控系统很难用一个单一控制器进行控 制，因为热能将在设备的狭小空间内很快聚集并震荡，若用单一控制器进行控 制将耗费大量的时间获得稳定过程，而基因扩增则需要快速升降温并迅速保持 稳定状态，因此，传统的单一的反馈控制显然不能满足基因的扩增机理和生长 规律，串级级联控制策略将可用于基因扩增设备的控制系统。

发明内容

现有的传统基因扩增设备的控制功能比较单一，系统的超调量较大，动态 和稳态响应不够理想，这些也是本发明需要解决的技术问题。在基因扩增控制 系统中引入级联控制算法，把PID控制器与干扰抑制控制器串级连接，构成级 联控制算法，该算法能够快速地实现系统动态调节，调量小，在实际过程控制 中达到了很好的动态和稳态响应。目前国内有关在基因扩增设备的控制算法中 设计和应用级联控制器的报道比较少。

本发明提供一种基因扩增设备的级联控制算法，其包括一温度转换模块、 一外部控制器、一内部控制器、一内部过程处理模块、两个传感器、两个滤波 器、一个DA数模转换模块、一个驱动模块和若干过程变量。

本发明的技术方案为：一种基因扩增设备的级联控制算法，其包括一温度 转换模块、一外部控制器、一内部控制器、一内部过程处理模块、一内部传感 器、一外部传感器、一内部滤波器、一外部滤波器、一个DA数模转换模块、一 驱动模块、一个温度设定值、一个外部设置点、一个内部设置点、一个PV1变 量、一个PV2变量、一个G_e影响因子和一个系统输出变量；温度转换模块负责 把温度设定值由十进制摄氏温度计数格式转换为与基因扩增设备模数转换模块 的输出相一致的数据格式；级联控制算法是由两个PID控制器组成的控制算法， 其中外部控制器的输出是内部控制器的设置点；外部控制器比较设定点和传感 器测量点之差，并根据控制算法驱动执行单元消除这种差异；内部控制器检测 外部干扰，并根据控制算法在外部干扰影响系统之前进行补偿。

如上所述，温度转换模块负责把用户的温度设定值由十进制摄氏温度计数 格式(简称为温度格式)转换为与基因扩增设备模数转换模块的输出相一致的 数据格式(简称为模数格式)，在转换开始前，温度转换模块设定了20对初始 转换数据，每对数据分别对应了温度格式和与之相适应的模数格式，并分别用 X_i，Y_i表示之(i＝1，2，3，……，19，20)；20对数据对依次可表示为：

(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)，(X₃，Y₃)，……，(X₁₉，Y₁₉)，(X₂₀，Y₂₀).

由于X_i(i＝1，2，3，……，19，20)可以组成20段区间，于是，对于任意给定 的一个温度格式数据X，其可对应于20段区间的某段区间内，设X在k段区间 (X_k，X_k+1)内，k为大于等于0且小于等于20的整数，若k＝0，表示X小于给定 的最小初始值，若k＝20，表示X大于给定的最大初始值，设M，N为两个实数， 则X对应的模数格式Y可按下列公式计算得到：

N＝(Y_k+1-Y_k)/(X_k+1-X_k)

M＝Y_k-NxX_k

Y＝NxX+M

其中，若k＝0，则按k＝1计算；若k＝20，则按k＝19计算。