CN112596561B - 一种co2培养箱的温度控制方法 - Google Patents

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    • G05D23/00—Control of temperature
    • G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
    • G05D23/30—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature
    • G05D23/32—Automatic controllers with an auxiliary heating device affecting the sensing element, e.g. for anticipating change of temperature with provision for adjustment of the effect of the auxiliary heating device, e.g. a function of time

Abstract

本发明公开了一种CO2培养箱的温度控制方法，包括：根据设定温度st和CO2培养箱内部的实时温度t计算控温偏差值er；采用CO2培养箱温度控制方法控制加热元件的输出功率、控制CO2培养箱的箱内温度t在精准范围内。该方法有效避免了温度超调，有效控制了箱温度的平稳性与均匀性，保证了在不同环境条件下可培养不同的细胞，使CO2培养箱在15～35℃的环境下及设定温度在30～50℃，控制误差都能保持在≤±0.2℃，在设定值为37℃时环境温度在23℃时，控制精度可保证在≤±0.1℃。

Description

一种CO2培养箱的温度控制方法
技术领域
本发明涉及培养箱控制领域，尤其涉及一种CO2培养箱的温度控制方法。
背景技术
二氧化碳培养箱是通过在培养箱箱体内模拟形成一个类似细胞/组织在生物体内的生长环境,来对细胞/组织进行体外培养的一种装置，是细胞、组织、细菌培养的一种先进仪器，是开展免疫学、肿瘤学、遗传学及生物工程所必须的关键设备。
微生物、医学、制药、环保、食品、畜牧等科学领域的研究和生产。常见于细胞动力学研究、哺乳动物细胞分泌物的收集、各种物理、化学因素的致癌或毒理效应、抗原的研究和生产、培养杂交瘤细胞生产抗体、体外授精(IVF)、干细胞、组织工程、药物筛选等研究领域，不同的操作环境对温度的控制要求也不同，因此对温度控制的精准要求特别重要。目前的CO2培养箱都用于37℃，都是用来培养人和哺乳动物细胞的，不能够精准控制昆虫，禽类，冷血动物等的细胞培养所需要的温度环境。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种CO2培养箱的温度控制方法，具体包括如下步骤：
根据设定温度st和CO2培养箱内部的实时温度t计算控温偏差值er；
采用CO2培养箱温度控制方法控制加热元件的输出功率、控制CO2培养箱的实时温度t在精准范围内，具体采用如下方式：
当控温偏差值er≥控制输出下限值EL时，培养箱加热开始启动，主加热控制输出PWMOUT为100％；
当控温偏差值er≤-控制输出上限值EH时，则主加热控制输出PWMOUT为0％；
当-EH≤er≤EL:PWMOUT＝综合过程值Pst+综合差分值md+综合累加值mi
当设定温度st≥37℃，则综合过程值Pst＝Pst1+(St-37)×St1
当设定温度st≤37℃，则综合过程值Pst＝Pst1-(St-37)×St2
中间过程趋势值Pst1＝P-Aer×[Div×(Aer/100+1)]
其中Div为浮动调节差值，环境偏差Aer＝St-TemA，TemA为环境温度，P为中间变量，其中P＝KP×(EH+er)，KP为过程值，EH为控制输出上限值,St1为箱内温度上浮动幅差，St2为箱内温度下浮动幅差。
进一步的，对CO2培养箱的底部加热器采用如下控制方式：
PWMOUT_B＝PWMOUT×(底部加热系数BCOE-45)×0.0125+修正系数
其中底部加热系数BCOE＝温度偏差TER×固定偏差系数+固定修正系数
温度偏差TER＝t-TemA
当BCOE<7.5℃时,设定一套固定偏差系数与一套固定修正系数
当BCOE>7.5℃时,设定另一个固定偏差系数与另一个固定修正系数
进一步的，对CO2培养箱的门加热器采用如下控制方式：
PWMOUT_D＝PWMOUT×(门加热系数DCOE-45)×0.0125+修正系数
门加热系数DCOE＝温度偏差TER×固定偏差系数+固定修正系数
TER＝t-TemA
DCOE<7.5℃时,设定一套固定偏差系数与一套固定修正系数；
DCOE>7.5℃时,设定另一个固定偏差系数与另一个固定修正系数。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种CO2培养箱的温度控制方法，该方法有效避免了温度超调，有效控制了箱温度的平稳性与均匀性，保证了在不同环境条件下可培养不同的细胞，使CO2培养箱在15～35℃的环境下及设定温度在30～50℃，控制误差都能保持在≤±0.2℃，在设定值为37℃时环境温度在23℃时，控制精度可保证在≤±0.1℃。充分实现了一箱多用，除了可以培养人和哺乳动物细胞(37℃最佳)，还可培养昆虫细胞(27℃最佳)，禽类细胞(38.5℃最佳)，冷血动物如两栖动物、冷水鱼等(15-26℃)。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明中方法的实施例的示意图；
图3为本发明中方法的实施例的示意图；
图4为本发明中方法的实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种CO2培养箱的温度控制方法，该方法通过环境温度与设定温度进行浮动控制参数计算，采用温度控制算法控制加热元件输出功率，使CO2培养箱在15～35℃的环境下及设定温度在30～50℃，控制误差都能保持在≤±0.2℃，在设定值为37℃时环境温度在23℃时，控制精度可保证在≤±0.1℃。其中St为设定温度、t为箱内温度、EL为控制输出下限值、EH为控制输出上限值，KP为过程值、TD为差分值、TS为循环周期、过程定数：TDC＝-Pst×TD×60/TS，TI为差分时间，差分定数为：TIC＝TS/(TI×60)，DCUT为分界平圴值，输出间隔为PWMMAX，主加热控制输出为PWMOUT；St1为箱内温度上浮动幅差，St2为箱内温度下浮动幅差，底部加热控制输出为PWMOUT_B，前门加热控制输出为PWMOUT_D。
进一步的，如图2-图4所示，当-EH≤er≤EL:PWMOUT＝综合过程值Pst+综合差分值md+综合累加值mi。
当控温偏差值er≥EL时，PWMOUT输出为100％，即培养箱启动时，温度没有达到设定温度。
当er≤-EH时，PWMOUT输出为0％，即为培养箱首次启动运行时的微超调。
其中控温偏差值er＝st-t，中间过程值P＝KP×(EH+er)，综合差分值md＝TDC×ed，偏差ed＝t－上次的箱内温度tOLD。(注：当偏差ed>DCUT OR偏差ed<-DCUT时md为0)
综合差分值mi＝差分定数TIC×EI；
中间累加值EI＝EI+ep+md(注：如果EI×(ep+md)>0时不进行累加)
本次的累加值ep＝KP×er
其中综合过程值Pst
当设定温度St≥37℃，综合过程值Pst＝Pst1+(St-37)×St1；
当设定温度St≤37℃，综合过程值Pst＝Pst1-(St-37)×St2；
中间过程趋势值Pst1＝P-Aer×[Div×(Aer/100+1)]
采集环境温度TemA，浮动调节差值Div；
环境偏差Aer＝St-TemA，根据Aer值的大小调节Pst1值，进而调节PWM输出调节加热量输出，即调节主加热控制输出PWMOUT的值。
进一步的，底部加热器控制输出算法为：
PWMOUT_B＝PWMOUT×(底部加热系数BCOE-45)×0.0125+修正系数。
BCOE＝温度偏差TER×固定偏差系数+固定修正系数。
TER＝t-TemA
BCOE<7.5℃时,设定一套固定偏差系数与一套固定修正系数；
BCOE>7.5℃时,设定另一个固定偏差系数与另一个固定修正系数：
进一步的，门加热器控制算法为：
PWMOUT_D＝PWMOUT×(门加热系数DCOE-45)×0.0125+修正系数。
门加热系数DCOE＝温度偏差TER×固定偏差系数+固定修正系数。
TER＝t-TemA。
DCOE<7.5℃时,设定一套固定偏差系数与一套固定修正系数；
DCOE>7.5℃时,设定另一个固定偏差系数与另一个固定修正系数：
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种CO2培养箱的温度控制方法，其特征在于包括：
根据设定温度st和CO2培养箱内部的实时温度t计算控温偏差值er；
采用CO2培养箱温度控制方法控制加热元件的输出功率、控制CO2培养箱的实时温度t在精准范围内，具体采用如下方式：
当控温偏差值er≥控制输出下限值EL时，培养箱加热开始启动，主加热控制输出PWMOUT为100％；
当控温偏差值er≤-控制输出上限值EH时，则主加热控制输出PWMOUT为0％；
当-EH≤er≤EL:PWMOUT＝综合过程值Pst+综合差分值md+综合累加值mi
当设定温度st≥37℃，则综合过程值Pst＝Pst1+(St-37)×St1
当设定温度st≤37℃，则综合过程值Pst＝Pst1-(St-37)×St2
中间过程趋势值Pst1＝P-Aer×[Div×(Aer/100+1)]
其中Div为浮动调节差值，环境偏差Aer＝St-TemA，TemA为环境温度，P为中间变量，其中P＝KP×(EH+er)，KP为过程值，EH为控制输出上限值,St1为箱内温度上浮动幅差，St2为箱内温度下浮动幅差。
2.根据权利要求1所述的一种CO2培养箱的温度控制方法，其特征还在于：对CO2培养箱的底部加热器采用如下控制方式：
PWMOUT_B＝PWMOUT×(底部加热系数BCOE-45)×0.0125+修正系数
其中底部加热系数BCOE＝温度偏差TER×固定偏差系数+固定修正系数
温度偏差TER＝t-TemA
当BCOE<7.5℃时,设定一套固定偏差系数与一套固定修正系数
当BCOE>7.5℃时,设定另一个固定偏差系数与另一个固定修正系数。
3.根据权利要求1所述的一种CO2培养箱的温度控制方法，其特征还在于：对CO2培养箱的门加热器采用如下控制方式：
PWMOUT_D＝PWMOUT×(门加热系数DCOE-45)×0.0125+修正系数
门加热系数DCOE＝温度偏差TER×固定偏差系数+固定修正系数
TER＝t-TemA
DCOE<7.5℃时,设定一套固定偏差系数与一套固定修正系数；
DCOE>7.5℃时,设定另一个固定偏差系数与另一个固定修正系数。
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