复杂环境下半导体致冷器的动态模型及温度控制.PDF

第24卷第5期 红外与毫米波学报 V01．24．No．5 2005年10月 Millim．Waves 0ctober．2005 J．Infhred 文章编号：1001—9014f2005)05—0352一05 复杂环境下半导体致冷器的动态模型及温度控制 宋绍京， 薛永祺 (中科院上海技术物理研究所，上海200083) 摘要：半导体致冷器在环境温度变化大，热传导不稳定，温度调节时间要求快等恶劣条件下工作时具有复杂的热电 特性．基于小信号线性化方法得出了半导体致冷器在复杂环境下的线性动态模型，推导结果表明该模型有两个极 点和一个零点，并且模型随工作条件的变化而变化．基于平均意义上的动态模型，采用模糊自适应PID控制算法和 脉宽调制技术设计了半导体致冷器冷端的温度控制系统．阶跃反应表明该温度控制系统具有良好的动态性能和稳 态品质，并具有良好的抗干扰特性，制冷10℃的时间约为70s，稳态误差非常小，达到0．1℃．在简单环境下工作，其 温度控制效果优于0．1℃．实验亦表明该温度控制系统在常温环境下，最大制冷温度与环境温度之差达到23℃，且 随着控制温度的降低，阶跃反应的时间也越来越长，主要是和半导体致冷器的制冷效率、热沉的散热功率和半导体 致冷器的供电电流饱和有关． 关键词：半导体致冷器；模糊PID控制；脉宽调制器；串口通讯 中图分类号：TP273．4文献标识码：A DYNAMICMoDELANDTEMPERATURECoNTRoL OFTHERMoELECTRICCooLERUNDER CoMPLEXENVIRoNMENT SONG xUE Shao—Jing， Yong—Qi Institute0fTechnical of (Shang}Iai Physics，ChineseAcademySciences，Sh粕曲ai200083，China) cooler the珊oelectric under enVimnment．Alinear Aht眦t：’111e珊oelectric h鹊dyn锄ic pe出嘞锄ce compIex dynamic of modelthetlle册oelebtriccoolerw鹊derived linearizationmetllod．Itshowstllatthe model by dyn舢ic usingsmall—signal ofthethe珊oelectricc00lerh鹊onezeroandtwo modeloft}letlle珊oelect打cc00lerisshowedtovary poles．Thedyn蛐ic with conditions．B鹊edon linear modelofathe硼oelectric contml ope豫ting avemgedyn蛐ic c00ler，atemperaturesystem was for of thecoldend theme硼oelectric PulseWidthModu— desi印ed temperature