[发明专利]半导体制冷器模拟PID温控电路参数自动整定装置

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制冷器温控电路参数自动整定装置，具体是指一种半导体制冷器模拟PID温控电路参数自动整定装置。

背景技术

随着红外探测器的广泛应用，人们发现探测器的工作温度对探测器的响应波段、暗电流、量子效率、非均匀性、响应时间常数等性能都有很大影响。因此，随着加工工艺的不断进步，越来越多的红外探测器中封装了制冷精度高、响应速率快的热电制冷模块（TEC），甚至采用多级热电制冷来实现探测器工作所需低温工作环境。为了保证高探测性能，往往要求探测器的工作温度具有很好的稳定性。目前大多数应用PWM的功率驱动技术来控制TEC的制冷电流，不仅能提高系统的效率，而且具有高精度、高效率和高集成度的特点。但实际使用中，由于TEC与探测器封装在一起，大电流、高频率的PWM信号容易对探测器的探测性能产生影响，特别是对于微弱信号的探测，PWM信号产生的干扰噪声甚至能淹没有效信号。而采用模拟PID电路对TEC制冷进行控制时，由于不涉及数字量的变化，因此对探测器的探测性能几乎没有影响。另外，模拟PID的控制是由电路实现的，这有利于提高系统的运行速率，简化系统程序的结构，减少程序运行出错几率，提高系统程序运行的可靠性。因此，具有电路简单、性能可靠、噪声低等优点的模拟PID温控电路不仅能保证探测器工作温度稳定，而且不影响探测性能。

一般，模拟PID温控电路使用前需要对三个PID参数进行设定。另外，环境的变化使被控对象具有时变性，系统经过一段时间后往往会出现性能欠佳、适应性变差、控制效果下降等情况，这时也需要对PID参数进行重新设定。而模拟PID电路参数的设定一般要求调试人员具有丰富的模拟电路调试经验，且需要调试人员反复调整电阻或电容等参数才能达到控制精度要求，其调试过程非常繁琐、耗时。因此，研究模拟PID温控电路参数自动整定装置，以适应复杂工况及高性能指标的控制要求，是实现节能优化控制的重要手段，具有重大的工程实践意义。

到目前为止，国内外有很多研究人员对数字PID参数的自动整定技术进行了大量的研究工作，也取得了一些成果，如基于继电反馈的PID参数自整定、基于模糊PID参数的自整定以及基于神经网络的PID参数自整定。然而，对于模拟PID电路参数的自动整定技术，国内外目前还没有对其进行过研究，通常凭借调试人员的经验对PID电路参数进行调试。

发明内容

本发明的目的是提供一种能对半导体制冷器模拟PID温控电路参数进行自动整定的装置，解决人工调试模拟PID温控电路参数繁琐、耗时的问题，并降低对调试人员调试经验的要求，针对不同温控指标的模拟PID温控电路进行参数优化，可有效减少调试周期，提高效率，加快研发进度。

本发明的半导体制冷器模拟PID温控电路参数自动整定装置由测温模块、模拟PID温控模块、热电制冷驱动模块、MCU主控制模块以及上位机组成，其中，所述的测温模块由温度传感器和测温电路组成，用于实时采集热电制冷器内部温度；所述的模拟PID温控模块由模拟PID电路和被控数字元器件组成，用于控制驱动热电制冷器的制冷电流；所述的热电制冷驱动模块由热电制冷片、MOS管和散热装置组成，用于实现热电制冷片的冷端制冷和热端散热；所述的MCU主控制模块是整个装置的核心，由MCU、ADC、DAC和通讯端口组成，其功能包括温度的采集、与上位机进行通讯、模拟PID温控参数的调节、自整定算法的实现；所述的上位机由微型机及内置编程软件构成，完成温控指标、PID参数初始值的设定以及热电制冷内部温度的实时显示。

本发明的半导体制冷器模拟PID温控电路参数自动整定装置的工作流程如下：MCU通过串口通讯接收在上位机的软件界面设定的温控指标、PID参数初始值及整定装置的启动命令后，首先通过测温模块对热电制冷器内部温度进行连续采集，然后通过自整定算法将采集的多组温度数据进行计算、并与温控指标进行比较，最后用比较结果对模拟PID温控模块中的数字电位器进行调节，以此控制驱动热电制冷器的制冷电流；整个过程中MCU还需要将连续采集的热电制冷器内部温度通过串口通讯传给上位机进行实时显示，以便观测整个自整定过程。所述的自整定算法是先比例，后积分，最后是微分的常规PID参数整定算法或者是模糊算法、神经网络算法的智能PID参数整定。

本发明由于采用以上技术方案，具有如下优点：由于整个自整定过程不需要更改硬件，只需要在上位机软件界面输入半导体制冷系统所需的温控指标，可有效的解决人工调试模拟PID温控电路参数繁琐、耗时的问题，同时降低对调试人员调试经验的要求，更有利于对不同温控指标的模拟PID温控电路参数的整定。

附图说明