[发明专利]一种恒温装置温度控制系统和方法

权利要求书

1.采用一种恒温装置温度控制系统进行温度控制的方法，其特征在于，所述的一种恒温装置温度控制系统，其包括两个相对独立的控制单元，分别为一级温度控制单元和二级温度控制单元，其中，

一级温度控制单元设置在温控柜的一端，一级温度控制单元包括制冷系统和一级加热器，用于恒温装置温度控制初始阶段快速调节，

二级温度控制单元设置在温控腔的一端，二级温度控制单元包括二级加热器，用于为恒温装置温度控制最终阶段的温度精调节，同时能够降低温控柜和远传气路对温控腔温度控制的影响，提高温度控制精度，

工作时，制冷系统和一级加热器共同作用将送至温控腔入口的气体温度调节为最佳温度T1，然后通过二级加热器将温控腔内目标点的温度控制在目标温度T0，

一级温度控制单元包括由总控制器P1、一级温控单元主控制器P2和一级温控单元副控制器P3组成的串级控制结构，总控制器采用双输入非线性PI控制器，一级主控制器采用经典PI控制器，为了协调制冷与加热的控制效果，一级副控制器采用单输入非线性PI控制器，总控制器、一级温控单元主控制器以及一级温控单元副控制器共同根据e1、e2，输出4mA～20mA电流分别控制压缩机转速和一级加热器加热量，实现一级温控单元的温度控制，

e1、e2分别是温度设定值T0与温控腔目标点温度传感器和二级加热器入口温度传感器反馈值的偏差，

二级温度控制单元包括二级温控单元主控制器P4和二级温控单元副控制器P5，二级温控单元主控制器P4采用PID控制器，以能适应温控腔大时滞及精度高的要求，二级温控单元副控制器PI控制器，以能快速消除对远传管路的干扰，并满足温度精度的要求，工作中，根据设定值与二级加热器出口温度反馈值的偏差输出4mA～20mA电流驱动功率调整器调节二级加热器加热量，

制冷系统包括压缩机(7)、冷凝器(8)、膨胀阀(9)和蒸发器(10)，压缩机(7)出口连通冷凝器(8)，冷凝器(8)连通膨胀阀(9)入口，膨胀阀(9)出口连通蒸发器(10)入口，蒸发器(10)出口连通压缩机(7)入口，通过控制压缩机(7)的转速以改变制冷系统制冷量，进而通过蒸发器(10)和系统气体管路的温度交换降低系统气体温度，

恒温装置温度控制系统的气体回路包括风机(11)、一级加热器、二级加热器、节流阀、温控腔，通过风机将温控腔中的气体不断进行循环和混合，最终达到理想的温度目标，

风机(11)出口连通蒸发器(10)，蒸发器(10)依次连通一级加热器、二级加热器、温控腔、节流阀、风机，以形成一个循环回路，其中，在一级加热器出口处设置有一级加热器出口温度传感器(13)，在二级加热器入口处设置有二级加热器入口温度传感器(14)，在二级加热器出口处设置有二级加热器出口温度传感器(15)，在温控腔内设置有腔体目标点温度传感器(16)，

其还包括独立气浴、又一个二级加热器、独立气浴温度传感器(18)和设置在又一个二级加热器出口处的二级加热器温度传感器(19)，其中，独立气浴设置在温控腔内，

将控制阶段分为初始化阶段S0、一级温控单元粗调节阶段S1、一级温控单元寻优阶段S2、二级温控单元精调节阶段S3、系统稳定运行阶段S4，一级温控单元粗调节阶段S1，实现温度控制的快速收敛，一级温控单元寻优阶段S2，提高气体温度控制精度的同时得到温控腔体入口气体最佳温度值，二级温控单元精调节阶段S3，进一步提高温控腔体温度控制精度，系统稳定运行阶段S4，用于实时监测稳态温度偏差，根据偏差值调整系统运行阶段，保证整个系统高效运行，

具体将温度控制划分为五个阶段，分别如下：

S0：将各控制器的输入输出参数清零，对系统执行初始化，

S1：一级温度控制单元执行粗调节，设定粗调节的目标值为T0，在目标温度控制点的温度偏差e1与粗调节阶段的控制精度Ta满足|e1|≤Ta，进入步骤S2，否则不进入，其中，Ta为一级温度控制单元执行粗调节控制阶段的控制精度，

S2：一级温度控制单元执行高精度调节，调节后，二级加热器进口温度稳态精度达到Tb，并维持时间h1稳定不变，一级温控单元设定值T1＝T0-Tb，进入步骤S3，否则不进入，

S3：二级温度控制单元执行高精度调节，二级温度控制单元的目标控制点为温控腔，在温度偏差|e1|≤Tc，并维持时间超过h2后，进入下一步，否则不进入，Tc为二级温度控制单元执行高精度调节控制阶段的控制精度，

S4：适时监控e1是否在Tc精度范围内，一旦e1超出Tc精度范围，则根据精度实际值运行至相应步骤。