CN102213964B - 高精密温度控制装置的参数自整定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种高精密温度控制装置及其参数自整定方法，所述装置包括：液槽；加热器，位于所述液槽内；至少一个流量传感器或至少一个压力传感器，位于所述循环部分的管路上；液位传感器，位于所述液槽内，且位于所述加热器一侧；流量泵，和液槽相连；至少一个温度传感器，位于液槽内或液槽的输出管路上；制冷器，和所述液槽相连；控制部分，包括控制器和触摸屏，控制器和触摸屏相连，控制器和加热器、第一传感器、液位传感器、温度传感器、制冷器分别相连。本发明提供的装置和方法解决了温控参数与实际工况的匹配问题，扩展了温度控制设备的应用范围，降低了成本。

Description

高精密温度控制装置的参数自整定方法

技术领域

本发明涉及精密机械仪器领域，具体涉及一种高精密温度控制装置及其参数自整定方法。 

背景技术

半导体行业中芯片制造涉及许多高精密的运动控制过程，这些过程需要非常严格的温度环境作为保证。例如，芯片光刻工艺中为了保证曝光图形满足要求，光刻设备内部要求处在一个恒温状态，其精度要求达到±0.01℃。光刻机中的温度控制设备(Temperature Control Unit，TCU)用来控制光刻机内部的环境温度。它控制自身内部循环介质的温度，通过管路与光刻机连接，实现与光刻机内部环境和器件的热交换，来保证光刻机系统的温度精度及稳定性要求。 

在实际的工厂环境中，TCU与光刻机的联接管路长度可能会因为不同的厂区布置而不同，TCU输出到光刻机对象的循环介质的流量也可能会因为光刻机对象的不同而不同。这些实际工况的变化会导致整个系统特性的变化。此外，环境温度的变化等因素都会导致整个系统特性的变化。在现实中，TCU的应用范围还扩大到医疗、实验、科研等领域。例如，干涉仪实验平台使用TCU进行环境温度控制。在这些不同应用场合的实际工况下，TCU的循环介质的流量、传输距离、环境温度等因素可能会发生较大变化，从而导致系统特性的变化。 

现有的TCU产品之一，采用固定的控制算法和控制参数来对循环介质进行温度控制，这样必然导致在整个系统特性发生较大变化时，TCU的温控精度和稳定时间等温控性能难以得到保证。实践证明，该TCU产品在较低流量、较远距离的温控工况下，温控精度会变差，稳定时间会变长。另一现有的TCU产品，采用通用的PID调节器作为控制器来对循环介质进行温度控制。用户可以通过参数设定来修改PID调解器的温控参数，也可以使用PID调解器的自整定功能获取温控参数。在实际应用过程中，使用通用PID调解器的自整定功能往往经过反复整定仍难获得理想的温控参数。原因在于，通用PID调解器的自整定功 能采用动态特性参数法来获取温控参数，其使用的经验公式只能针对特定的过程模型，当其理想模型与实际模型存在较大偏差时，其按经验公式计算出的温控参数便难以获得较好的温控效果。如果用户通过经验试凑法进行参数整定，则对用户的温控知识和参数调节经验提出了非常高的要求。在实际应用过程中，用户往往连续几周的调试仍难试凑出较好的温控参数。另外，该TCU产品使用通用PLC、通用PID调节器构建控制系统，其成本很高，不利于产品的成本控制。 

发明内容

为了克服已有技术中存在的温度控制设备中温控参数难以确定的问题，本发明提供一种方便快捷整定温控参数的温度控制装置和方法。 

为了实现上述目的，本发明提出一种高精密温度控制装置，包括：一种高精密温度控制装置，包括：循环部分，所述循环部分包括：液槽；加热器，位于所述液槽内；至少一个第一传感器，所述第一传感器为流量传感器或压力传感器，位于所述循环部分的管路上；液位传感器，位于所述液槽内，且位于所述加热器一侧；流量泵，和所述液槽相连；至少一个温度传感器，位于所述液槽内或所述液槽的输出管路上；冷却部分，所述冷却部分包括：制冷器，所述制冷器和所述液槽相连；所述高精密温度控制装置还包括控制部分，所述控制部分包括控制器和触摸屏，所述控制器和所述触摸屏相连，所述控制器和所述加热器、所述第一传感器、所述液位传感器、所述温度传感器、所述制冷器分别相连。 

可选的，所述控制器为嵌入式卡板控制器。 

可选的，所述第一传感器位于所述流量泵的输出端的管路上。 

可选的，所述循环部分的管路上设置有多个电控阀。 

可选的，所述循环部分的管路上设置有至少一个手控阀。 

为了实现上述目的，本发明还提出一种高精密温度控制装置的参数自整定方法，包括以下步骤：控制器接收用户自整定指令；以默认的温控参数启动温控过程；检测动态响应过程的峰值和稳定时间；根据所述峰值计算超调量，根据所述超调量调节比例参数；根据所述峰值计算震荡周期，根据所述震荡周期再次调节所述比例参数；根据所述峰值计算衰减率，根据所述衰减率调节积分参数；根据温度变化达到±0.02℃的稳定时间，调节所述比例参数和所述积分 参数；根据温度变化达到±0.01℃的稳定时间，再次调节所述比例参数和所述积分参数；获得所述比例参数和所述积分参数。 

本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的有益效果主要表现在：本发明提供的装置和方法解决了温控参数与实际工况的匹配问题，扩展了温度控制设备的应用范围，降低了成本。 

附图说明

图1为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的装置第一实施例。 

图2为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的装置第二实施例。 

图3为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的方法流程示意图。 

图4为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的峰值检测原理图。 

图5为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的稳定时间检测原理图。 

图6为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的参数表格。 

图7至图10为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的在线整定温控效果图。 

具体实施方式

下面，结合附图对本发明作进一步的说明。 

本发明提出一种高精密温度控制装置，包括：一种高精密温度控制装置，包括：循环部分，所述循环部分包括：液槽；加热器，位于所述液槽内；至少一个第一传感器，所述第一传感器为流量传感器或压力传感器，位于所述循环部分的管路上；液位传感器，位于所述液槽内，且位于所述加热器一侧；流量泵，和所述液槽相连；至少一个温度传感器，位于所述液槽内或所述液槽的输出管路上；冷却部分，所述冷却部分包括：制冷器，所述制冷器和所述液槽相连；所述高精密温度控制装置还包括控制部分，所述控制部分包括控制器和触摸屏，所述控制器和所述触摸屏相连，所述控制器和所述加热器、所述第一传感器、所述液位传感器、所述温度传感器、所述制冷器分别相连，所述控制器为嵌入式卡板控制器。 

下面，请参考本发明提出的高精密温度控制装置的两个实施例。 

首先，请参考图1，图1为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的装置第一实施例，从图上可以看到，装置1(虚线所框)向外部对象2提供受控到预设温度值的循环液，对循环液进行加热的加热器21和检测循环液槽的液位的液位传感器22安装在循环液槽20内，受输入电压控制制冷量的半导体制冷器12对循环液进行制冷，受变频电源控制转速的流量泵13将循环液循环输出，电控阀15负责循环液内部管路的关闭/接通。电控阀16和电控阀17负责循环液外部管路的关闭/接通，手动阀14用于调节内外循环管路的流量，嵌入式板卡控制器10采集温度传感器30提供的输入信号，输出相关信号去控制半导体制冷器12的输入电压及加热器21的输入电源占空比，从而调节对循环液的加热和制冷，使循环液稳定到预设温度值。嵌入式板卡控制器10还采集压力传感器31和流量传感器32提供的输入信号，同时还与触摸屏11进行交互。 

接着，请参考图2，图2为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的装置第二实施例，从图上可以看到，装置1向外部对象2提供受控到预设温度值的循环液，对循环液进行加热的加热器21和检测循环液槽的液位的液位传感器22安装在循环液槽20内，该循环液槽20内还装有用于把低温低压冷媒蒸发的蒸发器43，压缩机40用于把适当的冷媒压缩成为高温高压冷媒气体，水冷式冷凝器41将此冷媒气体冷凝为高压液体冷媒，能够调节阀门开度的电磁膨胀阀42组成的减压器将此液体冷媒减压为低温低压冷媒。受变频电源控制转速的流量泵13将循环液循环输出，电控阀15负责循环液内部管路的关闭/接通，电控阀16和17负责循环液外部管路的关闭/接通，手动阀14可以调节内外循环管路的流量，嵌入式板卡控制器10采集温度传感器30提供的输入信号，输出信号去控制电磁膨胀阀42的开度及加热器21的输入电源占空比，从而调节对循环液的加热和制冷，使循环液稳定到预设温度值。嵌入式板卡控制器10还采集压力传感器31和流量传感器32提供的输入信号，同时还与触摸屏11进行交互。 

本发明还提出一种高精密温度控制装置的参数自整定方法，请参考图3，图3为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的方法流程示意图，从图上可以看出，本发明包括以下步骤：步骤51：接收用户自整定指令；步骤52：以默认的温控参数启动温控过程；步骤53：检测动态响应过程的峰值和稳定时 间；步骤54：根据所述峰值计算超调量，根据所述超调量调节比例参数，该调节为粗调；步骤55：根据所述峰值计算震荡周期，根据所述震荡周期再次调节所述比例参数，该调节为细调；步骤56：根据所述峰值计算衰减率，根据所述衰减率调节积分参数，该调节为粗调；步骤57：根据温度变化达到±0.02℃的稳定时间，调节所述比例参数和所述积分参数，该调节为细调；步骤58：根据温度变化达到±0.01℃的稳定时间，再次调节所述比例参数和所述积分参数，该调节为微调；步骤59：获得所述比例参数和所述积分参数。下面，对该方法以及其中涉及的粗调、细调以及微调进行详细阐述。 

当嵌入式板卡控制器10接受到用户指令后，开始在线参数整定。装置在默认的循环液温度值MV上增加一个阶跃量T_offset作为设定温度值SV，以默认温控参数开始进行温度控制并获得动态响应数据。根据该动态响应过程，检测偏差峰值及稳定时间等指标。根据偏差峰值计算超调量、振荡周期、衰减率。根据超调量、振荡周期、衰减率、±0.02℃的稳定时间、±0.01℃的稳定时间来调整P(比例)和I(积分)参数。每次修正PI参数(比例参数和积分参数)后，停止当前加热、制冷输出，流量泵继续运行一个间隔时间t_int.，以保证消除上次动态响应过程的影响，然后再重新开始输出加热、制冷，进行本次阶跃动态响应。 

在上述在线参数整定方法中，采用如图6所示的表格所述的内容记录各次参数调整过程中的数据。图6为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的参数表格，图6中字母的含义解释如下： 

E_max1[1]表示第1次参数调整动态曲线的第1个有效极值； 

E_max1[j]表示第j次参数调整动态曲线的第1个有效极值； 

E_max2[1]表示第1次参数调整动态曲线的第2个有效极值； 

E_max2[j]表示第j次参数调整动态曲线的第2个有效极值； 

E_max3[1]表示第1次参数调整动态曲线的第3个有效极值； 

E_max3[j]表示第j次参数调整动态曲线的第3个有效极值； 

t₁[1]表示第1次参数调整动态曲线的第1个有效极值时刻； 

t₁[j]表示第j次参数调整动态曲线的第1个有效极值时刻； 

t₂[1]表示第1次参数调整动态曲线的第2个有效极值时刻； 

t₂[j]表示第j次参数调整动态曲线的第2个有效极值时刻； 

t₃[1]表示第1次参数调整动态曲线的第3个有效极值时刻； 

t₃[j]表示第j次参数调整动态曲线的第3个有效极值时刻； 

T[1]表示第1次参数调整动态曲线的振荡周期； 

T[j]表示第j次参数调整动态曲线的振荡周期； 

φ[1]表示第1次参数调整动态曲线的衰减率； 

φ[j]表示第j次参数调整动态曲线的衰减率； 

t_±0.02[1]表示第1次参数调整动态曲线的±0.02℃的稳定时间； 

t_±0.02[j]表示第j次参数调整动态曲线的±0.02℃的稳定时间； 

t_±0.01[1]表示第1次参数调整动态曲线的±0.01℃的稳定时间； 

t_±0.01[j]表示第j次参数调整动态曲线的±0.01℃的稳定时间； 

P₁[1]表示第1次参数调整时加热控制的P参数； 

P₁[j]表示第j次参数调整时加热控制的P参数； 

P₂[1]表示第1次参数调整时制冷控制的P参数； 

P₂[j]表示第j次参数调整时制冷控制的P参数； 

I₁[1]表示第1次参数调整时加热控制的I参数； 

I₁[j]表示第j次参数调整时加热控制的I参数； 

I₂[1]表示第1次参数调整时制冷控制的I参数； 

I₂[j]表示第j次参数调整时制冷控制的I参数； 

ΔP₁表示加热控制P参数的修正量； 

ΔP₂表示制冷控制P参数的修正量； 

ΔI₁表示加热控制I参数的修正量； 

ΔI₂表示制冷控制I参数的修正量。 

在上述在线参数整定方法中，对需要整定参数的定义如下： 

①P₁：加热控制的P参数，P₁∈[60，220] 

②P₂：制冷控制的P参数，P₂∈[-20，-90] 

⑧I₁：加热控制的I参数，I₁∈[4，24] 

④I₂：制冷控制的I参数，I₂∈[-3，-20] 

在上述在线参数整定方法中，默认温控参数定义为P₁₀，P₂₀，I₁₀，I₂₀。 

在上述在线参数整定方法中，T_offset的定义如下： 

①如果MV+1℃＜27.5℃，则T_offset＝1℃； 

②如果MV+1℃＞27.5℃，则T_offset＝-1℃。 

在上述在线参数整定方法中，峰值检测的原理如图4所示，图4为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的峰值检测原理图。当开始第j次参数调整时，开始搜索响应曲线的峰值。 

(1)如果MV＜SV(图4a和图4b)， 

①当温度偏差出现第1个极大值(点A1和B1)时，记录该值为E_max1[j]，时刻t₁； 

②当温度偏差出现第1个极小值(点A2和B2)时，记录该值为E_max2[j]，时刻t₂。如果t₂-t₁＞＝30s，则本次E_max2[j]有效；如果t₂-t₁＜30s，则舍弃本次E_max2[j]，继续搜索下一个极小值，直到其有效； 

③当温度偏差出现第2个极大值(点A3和B3)时，记录该值为E_max3[j]，时刻t₃；如果t₃-t₂＞＝30s，则本次E_max3[j]有效；如果t₃-t₂＜30s，则舍弃本次E_max3[j]，继续搜索下一个极大值，直到其有效；如果t₃-t₁＜60s，且E_max3[j]＞E_max1[j]，则使E_max1[j]＝E_max3[j]，t₁＝t₃，舍弃之前的E_max1[j]，E_max2[j]，重新开始搜索； 

④这样依次搜索到有效的E_max1[j]、E_max2[j]、E_max3[j]、t₁、t₂、t₃。 

⑤如果等待了一段时间t_wait(t_wait＝10min.)仍没有检索到E_max1[j]，则认为当前系统是过阻尼，此时应该减小P参数。令ΔP₁＝-20，ΔP₁＝-20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[j+1]＝P₁[j]+ΔP₁，P₂[j+1]＝P₂[j]+ΔP₂，进入下一参数调整； 

⑥如果E_max1[j]、E_max2[j]、E_max3[j]的偏差方向同向，则认为系统可能存在稳态偏差，此时应该增大I参数。令令ΔP₁＝5，ΔP₂＝5*(P₂₀/P₁₀)，P₁[j+1]＝P₁[j]+ΔP₁，P₂[j+1]＝P₂[j]+ΔP₂，进入下一参数调整。 

(2)如果MV＞SV(图4c和图4d)， 

①当温度偏差出现第1个极小值(点C1和D1)时，记录该值为E_max1[j]，时刻t₁； 

②当温度偏差出现第1个极大值(点C2和D2)时，记录该值为E_max2[j]，时刻t₂。如果t₂-t₁＞＝30s，则本次E_max2[j]有效；如果t₂-t₁＜30s，则舍 弃本次E_max2[j]，继续搜索下一个极大值，直到其有效； 

③当温度偏差出现第2个极小值(点C3和D3)时，记录该值为E_max3[j]，时刻t₃；如果t₃-t₂＞＝30s，则本次E_max3[j]有效；如果t₃-t₂＜30s，则舍弃本次E_max3[j]，继续搜索下一个极小值，直到其有效；如果t₃-t₁＜60s，且E_max3[j]＞E_max1[j]，则使E_max1[j]＝E_max3[j]，t₁＝t₃，舍弃之前的E_mx1[j]，E_max2[j]，重新开始搜索； 

④这样依次搜索到有效的E_max1[j]、E_max2[j]、E_max3[j]、t₁、t₂、t₃。 

⑤如果间隔等待了一段时间t_wait(t_wait＝10min.)仍没有检索到极值，则认为当前系统是过阻尼，此时应该减小P参数。令ΔP₁＝-20，ΔP₂＝-20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[j+1]＝P₁[j]+ΔP₁，P₂[j+1]＝P₂[j]+ΔP₂，进入下一参数调整； 

⑥如果E_max1[j]、E_max2[j]、E_max3[j]的偏差方向同向，则认为系统可能存在稳态偏差，此时应该增大I参数。令令ΔP₁＝5，ΔP₂＝5*(P₂₀/P₁₀)，P₁[j+1]＝P₁[j]+ΔP₁，P₂[j+1]＝P₂[j]+ΔP₂，进入下一参数调整。 

⑦上述调整过程中，P₁[j]、P₂[j]、I₁[j]、I₂[j]需满足如前所述的范围约束。当P参数达到调整极限时仍不能解决超调量问题时，则结束在线整定。 

在上述在线参数整定方法中，稳定时间检测的原理如图5所示，图5为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的稳定时间检测原理图。当开始第j次参数调整时，开始记录偏差量和时间。如果偏差量小于±0.02℃并持续达到t_estm.(t_estm.＝5min.)，则认为当前温度已经稳定到±0.02℃，那么，从开始时刻到第1次进入偏差量小于±0.02℃时刻之间的时间被称为±0.02℃稳定时间t_±0.02。类似上述原理定义±0.01℃稳定时间t_±0.01。 

在上述在线参数整定方法中，超调量采用动态曲线的第1个极值E_max1[j]。 

在上述在线参数整定方法中，根据超调量进行P参数粗调的规则是： 

(1)如果MV＜SV， 

①如果第1次调整超调量E_max1[1]＞0.5℃，则认为此时系统超调量过大，应当减小P参数。使ΔP₁＝-20，ΔP₂＝-20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[2]＝P₁[1]+ΔP₁，P₂[2]＝P₂[1]+ΔP₂，进入第2次参数调整；如果E_max1[1]＜＝0.5 ℃且E_max1[1]＞＝0.0℃，则直接进入下一阶段。 

②依照上述过程①，如果第2次调整超调量E_max1[2]＜＝E_max1[1]，且E_max1[2]＞0.5℃，则认为减小P参数能够达到减小超调量的作用，但当前超调量仍过大，需要继续减小P参数。使ΔP₁＝-20，ΔP₂＝-20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[3]＝P₁[2]+ΔP₁，P₂[3]＝P₂[2]+ΔP₂，进入下一次参数调整。如此循环，直到E_max1[j]＜＝0.5℃时进入下一阶段。 

③依照上述过程①，如果第2次调整超调量E_max1[2]＞E_max1[1]，则认为减小P参数实际导致超调量增大，此时应该增大P参数。使ΔP₁＝40，ΔP₂＝40*(P₂₀/P₁₀)，P₁[3]＝P₁[2]+ΔP₁，P₂[3]＝P₂[2]+ΔP₂，进入第3次参数调整。如果第3次调整超调量E_max1[3]＞0.5℃，则认为当前超调量仍过大，需要继续增大P参数。使ΔP₁＝20，ΔP₂＝20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[4]＝P₁[3]+ΔP₁，P₂[4]＝P₂[3]+ΔP₂，进入下一次参数调整。如此循环，直到E_max1[j]＜＝0.5℃时进入下一阶段。 

④如果第1次调整超调量E_max1[1]＜0.0℃，则认为此时系统欠调，应当增大P参数。使ΔP₁＝20，ΔP₂＝20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[2]＝P₁[1]+ΔP₁，P₂[2]＝P₂[1]+ΔP₂，进入下一次参数调整。 

⑤依照上述过程④，如果第2次调整欠调量E_max1[2]＞E_max1[1]，且E_max1[2]＜0.0℃，则认为增大P参数能够达到减小欠调量的作用，但此时系统仍欠调，应当继续增大P参数。使ΔP₁＝20，ΔP₂＝20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[3]＝P₁[2]+ΔP₁，P₂[3]＝P₂[2]+ΔP₂，进入第3次参数调整。如此循环，直到E_max1[j]＞＝0.0℃时进入下一阶段。 

⑥依照上述过程④，如果第2次调整欠调量E_max1[2]＜E_max1[1]，则认为增大P参数实际导致欠调量增大，此时应当减小P参数。使ΔP₁＝-40，ΔP₂＝-40*(P₂₀/P₁₀)，P₁[3]＝P₁[2]+ΔP₁，P₂[3]＝P₂[2]+ΔP₂，进入第3次参数调整。如果第3次调整欠调量E_max1[3]＜0.0℃，则认为系统当前仍欠调，需要继续减小P参数。使ΔP₁＝-20，ΔP₂＝-20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[4]＝P₁[3]+ΔP₁，P₂[4]＝P₂[3]+ΔP₂，进入下一次参数调整。如此循环，直到E_max1[j]＞＝0.0℃时进入下一阶 段。 

⑦上述调整过程中，P₁[j]、P₂[j]需满足如前所述的范围约束。当P参数达到调整极限时仍不能解决超调量问题时，则结束在线整定。 

(2)如果MV＞SV， 

①如果第1次调整超调量E_max1[1]＜-0.5℃，则认为此时系统超调量过大，应当减小P参数。使ΔP₁＝-20，ΔP₂＝-20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[2]＝P₁[1]+ΔP₁，P₂[2]＝P₂[1]+ΔP₂，进入第2次参数调整；如果E_max1[1]＞＝-0.5℃且E_max1[1]＜＝0.0℃，则直接进入下一阶段。 

②依照上述过程①，如果第2次调整超调量E_max1[2]＞＝E_max1[1]，且E_max1[2]＜-0.5℃，则认为减小P参数能够达到减小超调量的作用，但当前超调量仍过大，需要继续减小P参数。使ΔP₁＝-20，ΔP₂＝-20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[3]＝P₁[2]+ΔP₁，P₂[3]＝P₂[2]+ΔP₂，进入下-次参数调整。如此循环，直到E_max1[j]＞＝-0.5℃时进入下一阶段。 

③依照上述过程①，如果第2次调整超调量E_max1[2]＜E_max1[1]，则认为减小P参数实际导致超调量增大，此时应该增大P参数。使ΔP₁＝40，ΔP₂＝40*(P₂₀/P₁₀)，P₁[3]＝P₁[2]+ΔP₁，P₂[3]＝P₂[2]+ΔP₂，进入第3次参数调整。如果第3次调整超调量E_max1[3]＜-0.5℃，则认为当前超调量仍过大，需要继续增大P参数。使ΔP₁＝20，ΔP₂＝20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[4]＝P₁[3]+ΔP₁，P₂[4]＝P₂[3]+ΔP₂，进入下一次参数调整。如此循环，直到E_max1[j]＞＝-0.5℃时进入下一阶段。 

④如果第1次调整超调量E_max1[1]＞0.0℃，则认为此时系统欠调，应当增大P参数。使ΔP₁＝20，ΔP₂＝20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[2]＝P₁[1]+ΔP₁，P₂[2]＝P₂[1]+ΔP₂，进入下一次参数调整。 

⑤依照上述过程④，如果第2次调整欠调量E_max1[2]＜E_max1[1]，且E_max1[2]＞0.0℃，则认为增大P参数能够达到减小欠调量的作用，但此时系统仍欠调，应当继续增大P参数。使ΔP₁＝20，ΔP₂＝20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[3]＝P₁[2]+ΔP₁，P₂[3]＝P₂[2]+ΔP₂，进入第3次参数调整。如 此循环，直到E_max1[j]＜＝0.0℃时进入下一阶段。 

⑥依照上述过程④，如果第2次调整欠调量E_max1[2]＞E_max1[1]，则认为增大P参数实际导致欠调量增大，此时应当减小P参数。使ΔP₁＝-40，ΔP₂＝-40*(P₂₀/P₁₀)，P₁[3]＝P₁[2]+ΔP₁，P₂[3]＝P₂[2]+ΔP₂，进入第3次参数调整。如果第3次调整欠调量E_max1[3]＞0.0℃，则认为系统当前仍欠调，需要继续减小P参数。使ΔP₁＝-20，ΔP₂＝-20*(P₂₀/P₁₀)，P₁[4]＝P₁[3]+ΔP₁，P₂[4]＝P₂[3]+ΔP₂，进入下一次参数调整。如此循环，直到E_max1[j]＜＝0.0℃时进入下一阶段。 

⑦上述调整过程中，P₁[j]、P₂[j]需满足如前所述的范围约束。当P参数达到调整极限时仍不能解决超调量问题时，则结束在线整定。 

在上述在线参数整定方法中，振荡周期的计算原理是： 

T[j]＝t₃[j]-t₁[j] 

在上述在线参数整定方法中，根据振荡周期进行P参数细调的规则是： 

①如果T[j]＜90s，则认为当前系统振荡周期太小，应当减小P参数。使ΔP₁＝-10，ΔP₂＝-10*(P₂₀/P₁₀)，P₁[j+1]＝P₁[j]+ΔP₁，P₂[J+1]＝P₂[j]+ΔP₂，进入下一次调整； 

②如果T[j]＞480s，则认为当前系统振荡周期太大，应当增大P参数。使ΔP₁＝10，ΔP₂＝10*(P₂₀/P₁₀)，P₁[j+1]＝P₁[j]+ΔP₁，P₂[J+1]＝P₂[j]+ΔP₂，进入下一次调整； 

③如果90s＜T[j]＜480s，则直接进入下一阶段。 

④上述调整过程中，P₁[j]、P₂[j]需满足如前所述的范围约束。当P参数达到调整极限时仍不能解决超调量问题时，则结束在线整定。 

在上述在线参数整定方法中，衰减率的计算原理是： 

在上述在线参数整定方法中，根据衰减率进行I参数粗调的规则是：ΔI₁，ΔI₂

①如果φ[j]＜0.6，则认为系统振荡过于频繁或不收敛，此时应该减小I参数。使ΔI₁＝-3，ΔI₂＝-3*(I₂₀/I₁₀)，I₁[j+1]＝I₁+ΔI₁，I₂[j+1]＝ I₂+ΔI₂，进入下一次调整； 

②如果φ[j]＞＝0.6，则直接进入下一阶段。 

⑧上述调整过程中，I₁[j]、I₂[j]需满足如前所述的范围约束。当P参数达到调整极限时仍不能解决超调量问题时，则结束在线整定。 

在上述在线参数整定方法中，根据±0.02℃的稳定时间进行P、I参数精调的规则是： 

①如果t_±0.02＞300s，则认为系统稳定时间太长，此时需要增大P参数，减小I参数。使ΔP₁＝5，ΔP₂＝5*(P₂₀/P₁₀)，P₁[j+1]＝P₁[j]+ΔP₁，P₂[j+1]＝P₂[j]+ΔP₂，ΔI₁＝-2，ΔI₂＝-2*(I₂₀/I₁₀)，I₁[j+1]＝I₁+ΔI₁，I₂[j+1]＝I₂+ΔI₂，进入下一次调整； 

②如果t_±0.02＜＝300s，则直接进入下一阶段； 

⑧如果连续3次根据±0.02℃的稳定时间进行P、I参数微调，则结束在线参数整定。 

在上述在线参数整定方法中，根据±0.01℃的稳定时间进行P、I参数微调的规则是： 

①如果t_±0.01＞300s，则认为系统稳定时间太长，此时需要增大P参数，减小I参数。使ΔP₁＝2，ΔP₂＝2*(P₂₀/P₁₀)，P₁[j+1]＝P₁[j]+ΔP₁，P₂[j+1]＝P₂[j]+ΔP₂，ΔI₁＝-1，ΔI₂＝-1*(I₂₀/I₁₀)，I₁[j+1]＝I₁+ΔI₁，I₂[j+1]＝I₂+ΔI₂，进入下一次调整； 

②如果t_±0.01＜＝300s，则直接进入下一阶段，认为当前已获取最优温控参数，结束在线参数整定； 

⑧如果连续3次根据±0.01℃的稳定时间进行P、I参数微调，则结束在线参数整定。 

在上述在线参数整定方法中，每次参数调整之间的间隔时间T_int.等于4min。 

最后，请参考图7至图10，图7至图10为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的在线整定温控效果图，横坐标表示的是时间，单位为秒，纵坐标表示的是温度，单位为摄氏度，图7为在线整定的最优参数对近距离、大流量工况下的温控效果，图8为在线整定的最优参数对近距离、小流量工况下的温控效果，图9为在线整定的最优参数对远距离、大流量工况下的温控效果， 图10为在线整定的最优参数对远距离、小流量工况下的温控效果，从上述温控效果图上可以看出，各种情况下的温控效果都趋于稳定，温控效果较好。 

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。 

Claims (1)

1.一种高精密温度控制装置的参数自整定方法，其特征在于包括以下步骤：

控制器接收用户自整定指令；

以默认的温控参数启动温控过程；

检测动态响应过程的峰值和稳定时间；

根据所述峰值计算超调量，根据所述超调量调节比例参数；

根据所述峰值计算震荡周期，根据所述震荡周期再次调节所述比例参数；

根据所述峰值计算衰减率，根据所述衰减率调节积分参数；

根据温度变化达到±0.02℃的稳定时间，调节所述比例参数和所述积分参数；

根据温度变化达到±0.01℃的稳定时间，再次调节所述比例参数和所述积分参数；

获得所述比例参数和所述积分参数。

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