[发明专利]恒温系统及恒温控制方法

权利要求书

1.一种恒温系统，其特征在于，包括：恒温装置、温度控制电路、温度检测电路和主控制器，所述主控制器包括串联的MPC控制器和比例-积分-微分PID控制器，所述MPC控制器包括温度预测模型、在线校正电路、第一乘法器和滚动优化模块，所述PID控制器包括第二乘法器和第一PID控制器；所述MPC控制器的输入端与所述温度检测电路的第一输出端连接，所述MPC控制器的输出端与所述PID控制器的第一输入端连接；所述在线校正电路的第一输入端与所述温度检测电路的第一输出端连接，所述在线校正电路的输出端与所述第一乘法器的输入端连接；所述第二乘法器的第一输入端与所述温度检测电路的第二输出端连接，所述第二乘法器的第二输入端与所述滚动优化模块的第二输出端连接，所述第二乘法器的输出端与所述第一PID控制器的输入端连接；

所述恒温装置至少包括恒温腔体和半导体制冷器TEC，所述恒温装置上设置有恒温腔体测温点、TEC测温点和环境测温点，所述恒温腔体用于放置温度标准段；其中，所述TEC测温点至少包括位于TEC与恒温腔体的接触面上的测温点，用于测量TEC的下表面温度；

所述温度检测电路的输出端与所述主控制器的输入端连接，所述温度检测电路将基于所述恒温腔体测温点、所述TEC测温点和所述环境测温点测量到的温度值输入至所述主控制器；

所述主控制器的输出端与所述温度控制电路的输入端连接，所述主控制器将所述温度值转换为脉冲宽度调制PWM信号，并将所述PWM信号输入至所述温度控制电路；

所述温度控制电路的输出端与所述TEC连接，所述温度控制电路将所述PWM信号转换为电流信号，使所述TEC基于所述电流信号控制所述恒温腔体的内部温度处于目标温度值；

所述第二乘法器接收所述TEC的下表面温度和所述TEC的下表面目标温度值，利用所述TEC的下表面目标温度值与所述TEC的下表面温度进行计算，得到数值，并发送给所述第一PID控制器；

所述第一PID控制器的输出端与所述温度控制电路的输入端连接，所述PID控制器利用接收到的所述数值转换得到所述PWM信号，并发送给所述温度控制电路；

其中，所述第一PID的控制器的参数根据利用外部环境温度T₃(t)划分的温度段确定，每一温度段对应唯一的所述第一PID的控制器的参数；

所述在线校正电路接收所述温度检测电路测量的所述恒温腔体的内部温度，利用所述内部温度对恒温腔体的内部温度预测值进行校正，得到校正后的内部温度预测值，并发送给所述第一乘法器；

所述第一乘法器的输出端与所述滚动优化模块的输入端连接，所述第一乘法器利用接收到的所述校正后的内部温度预测值与所述恒温腔体的预设温度目标值进行计算，得到优化目标函数，并发送给所述滚动优化模块。

2.根据权利要求1所述的恒温系统，其特征在于，所述MPC控制器接收所述温度检测电路测量的所述恒温腔体的内部温度，利用所述恒温腔体的预设温度目标值与所述内部温度进行计算，得到TEC的下表面目标温度值，并发送给所述PID控制器；

所述PID控制器的第二输入端与所述温度检测电路的第二输出端连接，所述PID控制器的输出端与所述温度控制电路的输入端连接，所述PID控制器接收所述TEC的下表面目标温度值和所述TEC的下表面温度，利用所述TEC的下表面目标温度值与所述TEC的下表面温度进行计算，得到所述PWM信号，并发送给所述温度控制电路。