[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

说明书

本发明涉及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，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。本发明能够为新型PCR基座的研发大幅节约了时间和物质上的成本，也为更多有关PCR基座温度控制的新型控制算法的设计提供了温度动静态性能检验方法。

技术领域

本发明涉及PCR基座制造设计技术领域，特别是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。

背景技术

传热性能是PCR基座设计关注的核心。目前，在PCR基座温度控制算法设计中，除了其温度的准确性和快速性之外，还存在反应模型难以精确的问题，使得最终温度控制性能不甚理想。已有的仿真优化设计方法，大部分针对PCR基座有限元模型温度均匀性的仿真。难以将实际传感与输出进行联系，而对于PCR基座这一需要在94℃-55℃-72℃三温区循环温度控制系统而言，由于其对温度控制的精度要求较高，因此在实际控制中对其控制算法参数的整定已不能像一般控制系统可利用经验法、衰减曲线法等常规方法进行试凑调节。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提出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，能够为新型PCR基座的研发大幅节约了时间和物质上的成本，也为更多有关PCR基座温度控制的新型控制算法的设计提供了温度动静态性能检验方法。

本发明采用以下方案实现：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，具体包括以下步骤：

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。

进一步地，所述在有限元软件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温度传感测点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。

进一步地，步骤S12具体包括以下步骤：

步骤S121：设置目标函数如下：

F＝e_ss+a*σ+b*v_up+c*v_down；

式中，a、b、c为相应项的系数，e_ss表示稳态误差，σ表示超调量，v_up(℃/s)表示升温速率，v_down(℃/s)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，并根据变量实际条件设定步长；

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：t_a≤t_b；