半导体制冷器温控系统的设计

作     者：胡晚屏 

作者单位：武汉科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周凤星

授予年度：2019年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：半导体制冷器 参数辨识 PID控制 自抗扰控制 

摘      要：半导体制冷器温控技术作为一种新型温控技术,具有制冷器结构简单、制冷过程无污染、温控精度高等优点,在小型温控场景中拥有良好应用前景。针对现有半导体制冷器温控系统存在的诸多问题,本文设计了一种兼顾响应速度与稳定性且抗干扰性能强的半导体制冷器温控系统。系统的硬件部分以模块化思路设计,包括:(1)以半导体制冷器工作参数为依据对其选型;(2)根据半导体制冷器工作原理对温控箱进行选材与设计;(3)设计以单片机STM32最小系统为基础的温控电路。针对半导体制冷器热传导模型复杂、参数整定繁琐的问题,本文从输入输出角度对系统进行建模,包括:(1)采用机理分析法得到了半导体制冷器温控系统的基本数学模型;(2)采用实验建模法得到了温控系统最优数学模型;(3)通过实验验证了(2)中辨识所得数学模型的准确性。本文所用建模方法忽略了复杂的热传导影响,对于多种不同的实际应用场景,具有更好的适用性。针对常规PID控制存在的问题,本文设计了一种非线性PID自抗扰控制算法,通过仿真和实验与两种常规PID控制器对比,并在实际应用场景中检验其实际控制效果。结果表明,非线性PID自抗扰控制算法克服了常规PID控制的缺点,对于本文所设计的半导体制冷器温控系统拥有更好的控制效果,温控系统的稳态精度达到了±0.1℃,快速性、稳定性以及抗干扰能力均优于常规PID控制器。