恒溫?fù)u床溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

恒溫?fù)u床是生化領(lǐng)域常用的實(shí)驗(yàn)儀器之一，為提高國(guó)內(nèi)低價(jià)恒溫?fù)u床的溫度控制精度，重新設(shè)計(jì)恒溫?fù)u床加熱溫控系統(tǒng)軟硬件。硬件方面采用 STM32F103R6T6 作為主控芯片，PT100 作為溫度傳感器；軟件方面在常規(guī) PID 控制算法中引入變速積分和微分先行改進(jìn)算法。系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果表明，該恒溫?fù)u床加熱控制系統(tǒng)溫控精度達(dá)到±0.1°C，實(shí)現(xiàn)了預(yù)設(shè)的性能指標(biāo)，且能達(dá)到高價(jià)恒溫?fù)u床的部分指標(biāo)，具有一定的市場(chǎng)前景。

恒溫?fù)u床作為常用的實(shí)驗(yàn)儀器之一，主要為實(shí)驗(yàn)物品提供 一個(gè)溫度恒定的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如發(fā)酵 、微生物及細(xì)胞培養(yǎng)等 ，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué) 、生物學(xué) 、農(nóng)業(yè)科學(xué)等領(lǐng)域。我國(guó)每年進(jìn)口的生化儀器產(chǎn)品主要來(lái)自美國(guó)、德國(guó)和日本等國(guó)家，金額高達(dá)400億元以上。在溫度控制理論研究方面，國(guó)內(nèi)外對(duì)傳統(tǒng) PID 控制算法都作了許多改進(jìn)，加入了微分先行、變速積分、積分分離等算法，在控制性能方面得到了一定提升。

目前一些先進(jìn)的工業(yè)控制系統(tǒng)已引入串級(jí)控制、內(nèi)?？刂啤⒛：刂?、專(zhuān)家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等技術(shù)，更先進(jìn)的控制系統(tǒng)理論仍在進(jìn)一步研究中。傳統(tǒng)國(guó)內(nèi)儀器設(shè)備在溫度控制的響應(yīng)速度 、穩(wěn)定性 、控制精度方面效果不佳，不能滿足一些對(duì)溫度敏感生化實(shí)驗(yàn)的要求 。綜合考慮性價(jià)比 ，在不改動(dòng)產(chǎn)品原有設(shè)備結(jié)構(gòu)和主要部件的情況下，只對(duì)恒溫?fù)u床核心部分——加熱溫控系統(tǒng)的軟硬件重新進(jìn)行設(shè)計(jì) 。本文采用過(guò)采樣技術(shù)，在不增加硬件成本的基礎(chǔ)上提高采樣精度，為提高溫控精度打下基礎(chǔ)，并在常規(guī)的 PID 控制算法中引入變速積分和微分先行改進(jìn)算法，有效改善了系統(tǒng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性 ，使加熱控制系統(tǒng)預(yù)設(shè)控制精度由原先的±1度提高到±0.1度 。 該系統(tǒng)旨在提高國(guó)內(nèi)低價(jià)恒溫?fù)u床溫控精度，為生物、化學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供便利，具有一定的市場(chǎng)前景。