CN104298282A - 一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法，主要解决了传统PID控制方式中通过试凑法确定三个参数值时需花费大量时间，且具有工作量非常巨大、通用性不强的问题。本发明包括（1）打开加热器，反应盘温度升高至目标温度，关闭加热器，待温度降低至目标温度时，再打开加热器，如此经历两个以上的振荡周期；选择第二个振荡周期以后的其中一个振荡周期；（2）根据振荡周期计算出、和的值；（3）通过、和的值计算出PID输出量；（4）若PID输出量大于最大输出量，则输出最大输出量；若PID输出量小于或等于最大输出量，则输出PID输出量。本发明具有实现方式简单、环境适应能力突出、控制精度好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种生化分析仪的温度控制方法，具体涉及的是一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法。
背景技术
生化分析仪测试时试剂与样本的反应需要在某一特定的温度下进行，通常是37±0.3℃，排除其它因素，温度的精度越高，测试结果的一致性越好。因此为了保证更加精确的测量结果，需要控制试剂和样本反应的场所的温度恒定在一定精度范围内，即需要将反应盘处的温度精度恒定±0.1℃。
目前，大多全自动生化分析仪采用固体直热的温控方式，通过安装在反应盘盘体上靠近反应杯处的温度传感器采集当前的温度值，与目标温度值进行比较，通过PID控制方式对安装在反应盘底部的加热器进行控制，进而实现反应盘温度的恒定。该PID控制方式用途广泛、使用灵活，使用中只需设定三个参数（Kp，Ti和Td）即可。
该PID控制方式的具体过程为：根据经验通过试凑法确定P、I、D三个参数的具体值，通过固定在反应盘上的温度传感器采集温度与目标温度进行比较，得出误差值，将该误差值作为PID控制的输入，从而得出PID控制的输出为：误差乘比例系数P+I*误差积分+D*误差微分(以上积分、微分为误差对时间的积分和微分）。通过该输出值与设定的最大输出值之比可模拟出PWM波，进而得出加热器工作的占空比，从而实现对反应盘温度的控制。
传统PID控制方式中，通过试凑法确定P、I、D三个固定参数的值通常是常数，且三个参数通过试凑法需花费大量的时间进行计算、试验，且因不同的结构模型需要不同的P、I、D参数值以适应结构的热流特性，采用该方法确定三个参数固定值的工作量非常巨大，通用性不强，并且在不同的环境下控制易出现超调、偏差等问题，对控温精度有影响。
发明内容
本发明的目的在于解决传统PID控制方式中通过试凑法确定三个参数值时需花费大量时间，且具有工作量非常巨大、通用性不强的问题，提供解决上述问题的一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法。
为解决上述缺点，本发明的技术方案如下：
一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法，包括以下步骤：
（1）打开加热器，反应盘温度升高至目标温度，关闭加热器，待温度降低至目标温度时，再次打开加热器，如此经历一个以上完整的振荡周期；选择其中一个振荡周期；
（2）根据振荡周期计算出 、和的值，
所述，，；其中，，为一个振荡周期的时间，为一个振荡周期内的最高温度值，为一个振荡周期内的最低温度值；
（3）通过、和的值计算出PID输出量；
（4）若PID输出量大于最大输出量，则输出最大输出量；若PID输出量小于或等于最大输出量，则输出PID输出量。
本发明是针对全自动生化分析仪设计出的用于温度精准控制的方法，本发明的原理是：通过一个振荡周期中的温度变化情况，合理计算出适合该环境条件下的三个PID的计算参数，再通过计算得到的三个参数值即可通过现有技术中的PID输出量的计算公式计算出PID输出量，进而可有效对加热器进行PID控制。因通过三个参数值计算出PID输出量的具体过程为现有技术，因而其原理在本发明中不再赘述。
即，本发明通过步骤（1）即可得到横轴时间、纵轴温度值的曲线，通过曲线即可得出一个震荡周期的时间长度、以及该震荡周期内的最高峰值温度和最低峰值温度的特征量，通过该特征量并结合步骤（2）中的计算公式，计算出P、I、D三个参数值。
本发明在每次开机时根据实际的环境条件自整定计算PID控制的三个参数，有效使每次开机时自整定的参数都不相同，再根据当前温度与目标温度的差值、差值累积和差值的变化趋势来决定PID的输出量，从而控制加热器工作的占空比，进而决定加热的强度，进而可得到最好的控制结果。
本发明实现方式简单、环境适应能力突出、控制精度好。通过图3可以看出本发明的温度精度可有效控制在±0.1℃内，效果十分显著。
进一步，所述步骤（3）的具体过程为：
（31）通过传感器记录当前温度与目标温度差值；
（32）通过当前温度与目标温度差值与参数相乘，记为；将该差值对时间积分后与参数相乘，记为；将该差值对时间微分后与参数相乘，记为；
（33）将、、求和后计算出此次PID输出量。
作为最优地设置方式，所述步骤（1）经历的是两个以上完整的振荡周期；选择的是第一个振荡周期以后的其中一个振荡周期。
进一步，因开机第一个振荡周期波动较大，在计算时将其舍去，用第二个振荡周期进行计算。即，所述步骤（1）中优选的一个振荡周期为开机后的第二个振荡周期。
更进一步地，所述步骤（1）中的一个振荡周期的起始位置为：温度升高至目标温度时开始，下一个温度升高至目标温度时截止。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
1、本发明通过自整定的PID控制方式，通过在不同的环境温度下开机自整定计算P、I、D三个参数的方式，可实现在不同的环境温度下反应盘都能稳定在±0.1℃内，控制精度好；
2、本发明的在每次开机时根据实际的环境条件自整定计算P、I、D参数的方式，使每次的参数都不相同，以得到最好的控制结果，环境适应能力突出、通用性好；
3、本发明通过一个振荡周期的横轴时间、纵轴温度值的曲线，通过公式即可进行P、I、D三个参数值计算，通过计算得到的三个参数值即可对加热器进行PID控制；操作方法简单，可在较短时间内将温度稳定在±0.1℃内。
附图说明
图1为本发明中自整定PID控制时温度变化流程图。
图2为本发明中振荡周期的时间温度曲线示意图。
图3为实施例1中的升温曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法，包括以下步骤：
（1）打开加热器，反应盘温度升高至目标温度，关闭加热器，待温度降低至目标温度时，再次打开加热器，如此经历一个以上完整的振荡周期；选择其中一个振荡周期。本实施例中目标温度设定成37℃，因开机第一个振荡周期波动较大，在计算时将其舍去，本实施例采用第二个振荡周期进行计算。
如图1所示，本实施例中步骤（1）中的具体操作步骤如下：
（1.1）开机阶段打开加热器，反应盘温度升高至37℃，关闭加热器，待温度降低至37℃时，再次打开加热器，当反应盘温度再次上升到37℃时关闭加热器，此时完成第一个振荡周期。
（1.2）由于反应盘的温度反应相对加热器而言，其具有一定的滞后性，因而在第一个振荡周期最后加热器关闭后，该反应盘的温度会持续升高，直至温度升到最高温度才回降。
（1.3）当反应盘的温度从最高温度回降到37℃时，再打开加热器；此时，也由于反应盘的温度相对加热器而言，其具有一定的滞后性，该反应盘的温度从37℃降低至后才回升。
（1.4）当反应盘的温度从最低温度回升到37℃时关闭加热器，完成第二个振荡周期。
（2）根据振荡周期计算出、和的值，
所述，，；其中，，为一个振荡周期的时间，为一个振荡周期内的最高温度值，为一个振荡周期内的最低温度值。
通过第二个振荡周期中的、以及第二个振荡周期所用的时间，将其代入步骤（2）中的公式中，即可有效计算出、和的值。
（3）通过、和的值计算出PID输出量，具体过程如下：
（31）通过传感器记录当前温度与目标温度差值；
（32）通过当前温度与目标温度差值与参数相乘，记为；将该差值对时间积分后与参数相乘，记为；将该差值对时间微分后与参数相乘，记为；
（33）将、、求和后计算出此次PID输出量。
（4）将步骤（3）计算出的PID输出量与最大输出量相比较，若PID输出量大于最大输出量，则输出最大输出量；若PID输出量小于或等于最大输出量，则输出PID输出量。本实施例中最大输出量设置为200。
本实施例中反应盘的温度-时间曲线如图3所示，通过该曲线即可看出，本实施例不仅仅能有效将反应盘的温度始终控制在±0.1℃内，而且达到该温度精度时所用的时间极短，本发明的适应能力极强。
实施例2
本实施例与实施例1的区别仅仅在于：本实施例中采用的是第四个振荡周期中的、和进行的计算。即，本实施例中反应盘的温度需要采用常规加热方法使温度第四次上升到37℃后，以第四次上升到37℃时开始、第五次上升到37℃时截止作为本发明选择的振荡周期。
上述实施例仅为本发明的优选实施例,并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）打开加热器，反应盘温度升高至目标温度，关闭加热器，待温度降低至目标温度时，再次打开加热器，如此经历一个以上完整的振荡周期；选择其中一个振荡周期；
（2）根据振荡周期计算出 、和的值，
所述，，；其中，，为一个振荡周期的时间，为一个振荡周期内的最高温度值，为一个振荡周期内的最低温度值；
（3）通过、和的值计算出PID输出量；
（4）若PID输出量大于最大输出量，则输出最大输出量；若PID输出量小于或等于最大输出量，则输出PID输出量。
2. 根据权利要求1所述的一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法，其特征在于，所述步骤（3）的具体过程为：
（31）通过传感器记录当前温度与目标温度差值；
（32）通过当前温度与目标温度差值与参数相乘，记为；将该差值对时间积分后与参数相乘，记为；将该差值对时间微分后与参数相乘，记为；
（33）将、、求和后即得出此次PID输出量。
3. 根据权利要求1所述的一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法，其特征在于，所述步骤（1）经历的是两个以上完整的振荡周期；选择的是第一个振荡周期以后的其中一个振荡周期。
4. 根据权利要求3所述的一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法，其特征在于，所述步骤（1）中选择的一个振荡周期为开机后的第二个振荡周期。
5. 根据权利要求4所述的一种用于全自动生化分析仪温度精准控制的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的一个振荡周期的起始位置为：温度升高至目标温度时开始，下一个温度升高至目标温度时截止。
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Denomination of invention: Method for accurately controlling temperature of fully automatic biochemical analyzer Effective date of registration: 20161214 Granted publication date: 20160824 Pledgee: Chengdu technology transfer (Group) Co.,Ltd. Pledgor: SICHUAN XINJIAN KANGCHENG BIOLOGICAL Co.,Ltd. Registration number: 2016990001096 |
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