[发明专利]基于有限元模型的PCR基座温度控制系统的参数优化方法

权利要求书

1.一种基于有限元模型数值仿真的PCR基座温度控制系统的参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

在有限元软件COMSOL Multiphysics中根据所设计的PCR基座有限元模型制造参数生成其有限元模型，对PCR基座进行温度控制算法的设计并通过with MATLAB接口与MATLAB进行联调得到优化后控制参数；

在有限元软件COMSOL Multiphysics中根据所设计的PCR基座有限元模型制造参数生成其有限元模型具体包括以下步骤：

步骤S11：根据实际设计所需要孔数、大小及制造参数进行PCR基座的3D模型绘制，并通过在PCR基座的侧壁面中心设置域点探针ppb1，并在热源任意位置设置一域点探针ppb2实现PCR基座实时温度传感；

步骤S12：进行有限元初始化条件的设置；

步骤S13：将绘制的PCR基座的3D模型以及有限元初始化条件导入COMSOLMultiphysics中，并进行有限元模型的数值仿真，具体采用COMSOL Multiphysics中传热模型中的固体传热完成有限元数值仿真；

步骤S12具体包括以下步骤：

步骤S121：设置目标函数如下：

；

式中，a、b、c为相应项的系数，表示稳态误差，表示超调量，表示升温速率，表示降温速率；

步骤S122：初始化选定的控制算法中待优化的参数作为变量，并设定步长；

步骤S123：初始化基座制造参数为已知常量；

步骤S124：初始化停止条件如下：

（1）运行迭代时间达到最大迭代时间： ；

（2）目标函数F下降梯度收敛：即；

其中，t_a为当前迭代运行时间，t_b为最大迭代时间，表示k次迭代计算得到的目标值，T是设定的阈值常量；

步骤S13具体包括以下步骤：

步骤S131：在COMSOL Multiphysics中导入绘制的PCR基座的3D模型，完成对基座尺寸，保温材料厚度的定义以及探针的设置；

步骤S132：对基座、热源、保温材料进行材料设置；

步骤S133：设置热源控制算法；

步骤S134：设置边界条件；

步骤S135：完成网格划分；

步骤S136：进行求解器的配置；

步骤S137：采用COMSOL Multiphysics中传热模型中的固体传热进行有限元数值仿真，得到PCR基座热交换过程域点探针ppb1、ppb2温度值曲线，并计算第k次迭代时ppb1曲线稳态误差e_ssk、超调量σ_ok、升/降温速率v_upk/v_downk，目标函数值F，将所有结果保存为输出O_1k；

对PCR基座进行温度控制算法的设计并通过with MATLAB接口与MATLAB进行联调得到优化后控制参数具体包括以下步骤：

步骤S21：选定PCR基座的温度控制算法，选择该温度控制算法中需要优化的参数；

步骤S22：将COMSOL Multiphysics生成好的有限元模型的.m文件通过with MATLAB接口与MATLAB软件连接，在MATLAB软件中利用遗传算法来优化温度控制算法中需要优化的参数，进而得到优化后的温度控制算法，以对PCR基座的温度循环过程进行控制；

所述步骤S22中，利用遗传算法来优化温度控制算法中需要优化的参数具体为：以步骤S121中的目标函数作为适应度函数，并根据步骤S124所设置的停止条件（1）、（2）进行仿真；当满足停止条件（1）或（2）时，得到优化后的参数。

2.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型数值仿真的PCR基座温度控制系统的参数优化方法，其特征在于，温度控制算法的选择包括PID算法，搜索算法的选择包括网格搜索、遗传算法、粒子群算法或模拟退火算法。

3.根据权利要求1所述的一种基于有限元模型数值仿真的PCR基座温度控制系统的参数优化方法，其特征在于，还包括步骤：按照目标函数值的从小到大为顺序，依次将有限元仿真结果的输出提交给用户进行人工选择。