动态矩阵控制方法在半导体制冷中的应用.pdf

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1、2010焦仪表技术与传感器2010第3期InstrumentTechniqueandSensorNo．3动态矩阵控制方法在半导体制冷中的应用欧阳立宝，符影杰，洪俊明(东南大学自动化学院，江苏南京210096)摘要：根据帕尔贴效应并针对半导体制冷的特性，提出了采用动态矩阵控制(DMC)方法进行制冷温度控制。通过测试实验获取被控对象的有限单位阶跃响应序列，建立实际系统模型，并在MATLAB中对该模型采用动态矩阵控制方法完成温控仿真实验。实验结果表明，相对于传统PID控制和模型偏差补偿控制，动态矩阵控制在达

2、到稳定性好和跟踪精度高的要求下，具有更优的动态性能，且对小范围的模型变化不敏感。关键词：帕尔贴效应；半导体制冷；动态矩阵控制中图分类号：TN27文献标识码：A文章编号：1002—1841(2010)03—0086—03ApplicationResearchofDynamicMatrixControlforSemiconductorRefrigerationOUYANGLi—bao，FUYing~ie，HONGJun—ming(DepartmentofAutomation，SoutheastUniver

3、sity，Nanyng210096，China)Abstract：AccordingtothePehiereffectandaimingatthecharacteristicofsemiconductorrefrigeration，dynamicmatrixcon．trol(DMC)waspresentedtoregulatetherefrigeratingtemperature．Afiniteunit—stepresponsesequenceofthecontrolledobject．asthemo

4、delofpracticalsystem，wasobtainedthroughaserialofmeasurements．Aimingatthemodel，temperaturecontrolsimula．tionusingdynamicmatrixcontrolmethodwasaccomplishedinMATLAB．SimulationresultsshowthatcomparedwithtraditionalPIDandmodeldeviationcompensation，DMChasbett

5、erdynamicperformance，aswellasgoodstabilityandhightrackingpreci—sion，andisinsensitivetomodelvariationinsmallrange．Keywords：Pehierefect；semiconductorrefrigeration；dynamicmatrixcontrol0引言半导体制冷也叫温差制冷、热电制冷或电子制冷，是利用“赛贝克效应”(SeebeckEfect)的逆效应“珀尔贴效应”(PehierEfect

6、)达到制冷目的⋯。这种制冷技术小型化、无噪声、不需lr———冷却单元———-_1I．要使用制冷剂、使用寿命长。1试件l文献[2]采用PID控制半导体制冷过程工作端温度，使其能够胜任于小空间范围内的制冷过程控制。后来又采用模型图1半导体制冷装置示意图偏差补偿控制方法，获得了比传统PID更快的跟踪速度及鲁棒均温度以及温差来检查热平衡状态。即以一定的时间间隔进性。而文献[4]提出了温度模糊控制器的设计，通过仿真模行观察，直到5次读数所得到的热阻值相差在4-1％之内，并且型实验，获得了较传统PID具有更小超调

7、量和静态误差的效不在一个方向上单调变化为止。在达到平衡以后，测量试件果，稳态性能也优于传统PID。然而，仿真模型往往比较理想，热、冷面的温度。利用观察到的稳态数据的平均值进行所有的且模糊规则库不易获取，模糊控制对于动态性和稳态性的贡献计算。相互冲突等。考虑文献[2]中被控对象模型难以精确建模且时试件的热阻R按式(1)计算：变的特点，同时也考虑建模误差补偿，提出了采用预测控制中：(1)的动态矩阵控制方法，通过与传统PID控制效果比较，在各算式中为热流传感器的标定系数，w／(m2·V)；e为热流传感法参数

8、整定恰当的前提下，获得令人满意的控制效果。器的输出，V．1测试方法与实验装置如果确定导热系数的要求，用下面公式计算导热系数A或建筑材料保温性能的测试，可以根据《绝热材料稳态热阻热阻系数r：及有关特性的测定——热流计法》(GB10295-88)进行。其实验装置如图1所示，由加热单元、1个热流传感器、1块试件和A=÷r=，×e×△』(2)冷却单元组成。式中d为试件的平均厚度。测定时，观察热流传感器平均温度和输出电势、试件的平检测装置的加热单元由电热丝供热，用