基于TEC模块的温度控制方法、装置、系统及光谱分析仪与流程

本申请涉及半导体制冷器控制技术，尤其是指一种基于tec模块的温度控制方法、装置、系统及光谱分析仪。

背景技术：

1、tec模块(thermoelectric cooler，热电致冷器)的温度控制系统通过半导体材料的帕尔贴效应实现精准的温度调节，被广泛应用于工业激光器、医疗检测设备、生物实验仪器及智能家居等精密仪器的场景。

2、tec模块驱动电路多采用pwm(脉宽调制)占空比输入专用驱动芯片的架构，但pwm开关频率(通常为几十至数百khz)导致的电压/电流纹波会形成高频底噪，在精密仪器的测量中将造成较大影响，并且tec模块由当前温度向目标温度回调的过程中，存在响应较慢的问题，无法适用于需要精准温度调节的精密仪器。

3、综上，tec模块的温度控制系统存在高频底噪和响应较慢的问题，已成为制约精密仪器发展的关键挑战。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种基于tec模块的温度控制方法、装置、系统及光谱分析仪，能够减小控温过程中产生的高频底噪，避免温度回调的过程中系统无法及时响应的问题。

2、为实现上述目的，本申请采用如下技术方案：

3、第一方面，提供了一种基于tec模块的温度控制方法，该方法包括：

4、获取tec模块的当前温度；

5、将当前温度和预设的目标温度的温度差输入比例-积分-微分pid控制器，得到第一调节系数，若第一调节系数大于预设的调节阈值，将第一调节系数以负反馈的形式加入至pid控制器的积分环节，得到第二调节系数；

6、通过数模转换器生成与第二调节系数对应的电压信号，并将电压信号输送至运算放大器；

7、基于运算放大器构建的恒流源电路生成电流信号，并将电流信号输送至tec模块，基于电流信号调整tec模块的温度。

8、进一步地，将第一调节系数以负反馈的形式加入至pid控制器的积分环节，得到第二调节系数，包括：

9、确定积分环节中经过积分增益后的第一温度积分值，第一温度积分值是在得到第一调节系数之前确定的；

10、根据第一调节系数降低第一温度积分值，得到经过负反馈后的第二温度积分值；

11、根据第二温度积分值确定第二调节系数。

12、进一步地，根据第一调节系数降低第一温度积分值，得到经过负反馈后的第二温度积分值，包括：

13、确定第一调节系数与调节阈值之间的差值，根据差值确定用于调整第一温度积分值的抗饱和修正项，抗饱和修正项的范围为0.1至1；

14、将抗饱和修正项以负反馈形式叠加至积分环节，以得到第二温度积分值。

15、进一步地，方法还包括：

16、若tec模块所在的继电反馈自整定模块处于震荡状态，调整pid控制器的初始温控参数；

17、基于调整后的初始温控参数对tec模块的温度进行模糊控制，根据模糊控制的误差反馈，得到pid控制器的目标温控参数，目标控制参数包括目标比例参数、目标积分参数和目标微分参数中的至少一种。

18、进一步地，调整pid控制器的初始温控参数，包括：

19、获取继电反馈自整定模块的临界参数，临界参数至少包括震荡周期和震荡幅值；

20、基于继电器输出信号的占空比和震荡幅值确定临界增益，根据临界增益确定初始比例参数，其中，初始比例参数与临界增益成正比例关系；

21、根据震荡周期确定初始积分参数，其中，初始积分参数与震荡周期成反比例关系；

22、根据震荡周期确定初始微分参数，其中，初始微分参数与震荡周期成正比例关系；

23、根据初始比例参数、初始积分参数和初始微分参数，得到初始温控参数。

24、进一步地，初始温控参数包括初始比例参数、初始积分参数和初始微分参数；

25、根据模糊控制的误差反馈，得到pid控制器的目标温控参数，包括：

26、基于当前温度与目标温度的温度差确定温度变化率；

27、通过模糊控制根据第一模糊规则表查询与温度变化率和温度差对应的比例模糊值，根据第二模糊规则表查询与温度变化率和温度差对应的积分模糊值，根据第三模糊规则表查询与温度变化率和温度差对应的微分模糊值；

28、通过pid控制器计算初始比例参数和比例模糊值的和，得到目标比例参数，通过pid控制器计算初始积分参数和积分模糊值的和，得到目标积分参数，通过pid控制器计算初始微分参数和微分模糊值的和，得到目标微分参数；

29、其中，第一模糊规则表至少包括温度变化率、温度差和比例模糊值之间的对应关系，第二模糊规则表至少包括温度变化率、温度差和积分模糊值之间的对应关系，第三模糊规则表至少包括温度变化率、温度差和微分模糊值之间的对应关系。

30、进一步地，该方法还包括：

31、若第一调节系数不大于调节阈值，通过数模转换器生成与第一调节系数对应的电压信号，并将电压信号输送至运算放大器；

32、基于运算放大器构建的恒流源电路生成电流信号，并将电流信号输送至tec模块，基于电流信号调整tec模块的温度。

33、第二方面，提供了一种基于tec模块的温度控制装置，该装置包括：

34、温度检测模块，用于获取tec模块的当前温度；

35、处理模块，用于将当前温度和预设的目标温度的温度差输入比例-积分-微分pid控制器，得到第一调节系数，若调节系数大于预设的调节阈值，将第一调节系数以负反馈的形式加入至pid控制器的积分环节，得到第二调节系数；

36、数模转换器，用于生成与第二调节系数对应的电压信号，并将电压信号输送至运算放大器；

37、运算放大器，用于根据电压信号生成电流信号，并将电流信号输送至tec模块。

38、第三方面，提供了一种基于tec模块的温度控制系统，该系统包括tec模块和第二方面中的温度控制装置，其中，tec模块用于根据电流的通断和方向变化调节温度。

39、第四方面，提供了一种光谱分析仪，该光谱分析仪包括：处理器和存储器，存储器存储有处理器可执行的指令；处理器被配置为执行指令时，使得电子设备实现如第一方面中基于tec模块的温度控制方法。

40、本申请提供的基于tec模块的温度控制方法，通过pid控制器输出的第一调节系数调节温度误差，若第一调节系数大于调节阈值，则将第一调节系数以负反馈的形式加入至积分环节，以此消除pid控制器的积分环节中的积分饱和，避免积分环节将温度差持续累积，影响温度调节的效果，并且提升tec模块由当前温度向目标温度回调的过程的响应速度，再者，通过数模转换器和运算放大器结合来驱动tec模块，能够减小温度控制系统中的高频底噪，使该系统适用于需要精准温度调节的精密仪器。

1.一种基于热电致冷器tec模块的温度控制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的温度控制方法，其特征在于，

4.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的温度控制方法，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的温度控制方法，其特征在于，所述初始温控参数包括初始比例参数、初始积分参数和初始微分参数；

7.根据权利要求1所述的温度控制方法，其特征在于，

8.一种基于热电致冷器tec模块的温度控制装置，其特征在于，包括：

9.一种基于热电致冷器tec模块的温度控制系统，其特征在于，包括tec模块，所述tec模块用于根据电流的通断和方向变化调节温度，所述系统还包括如权利要求8所述的温度控制装置。

10.一种光谱分析仪，其特征在于，所述光谱分析仪包括：处理器和存储器，所述存储器存储有所述处理器可执行的指令；所述处理器被配置为执行所述指令时，使得所述电子设备实现如权利要求1-7任一项所述的方法。