CN114647186B - 用于pcr检测仪快速恒温的控制方法、控制装置、pcr检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于PCR检测仪快速恒温的控制方法、控制装置和PCR检测仪，所述的用于PCR检测仪快速恒温的控制方法中的全程运行积分分离法，当输出量0<ut<umax时，引入积分，采用PID控制，ut≥umax或ut≤0时，采用PD控制。在变温阶段采用时间最优PID控制算法和传统PID控制算法进行升温或降温；在恒温阶段采用传统PID控制算法；在变温和恒温切换时间点，采用温度速定控制算法和自适应控制算法；本发明具有温度控制精准、温度变化效益优、变温快、恒温快和超调小的优点，可以保证最快速度达到目标值，缩短温度上升和下降阶段所需要的时间，且减少PCR在循环段温度波形的震荡和超调。
Description
技术领域
本发明涉及PCR温控技术领域，尤其涉及一种用于PCR检测仪快速恒温的控制方法、控制装置、PCR检测仪。
背景技术
核酸扩增技术目前包括常规数字聚合酶链反应技术、实时荧光数字聚合酶链反应技术以及等温核酸扩增技术等，其中，数字聚合酶链反应技术(Polymerase ChainReaction，简称PCR)，是一种用于扩增特定的DNA分子片段的分子生物技术，它以DNA分子为模板，由一对人工合成的特异寡核苷酸引物，通过DNA聚合酶酶促反应，快速扩增特异DNA分子片段，在生物学上具有极其重要的作用。PCR反应的基本过程分为三步。第一步，DNA变性(94℃)，双链DNA模板在热作用下氢键断裂，形成单链DNA；第二步，退火(55℃)，系统温度降低，引物与DNA模板结合，形成局部双链；第三步，延伸(72℃)，在Taq酶的作用下，以dNTP为原料从引物的5’端到3’端延伸，合成与模板互补的DNA链。PCR仪就是通过控制样品达到不同温度，对被扩增的DNA片段进行变性、退火和聚合处理，以达到将DNA片段的量成倍扩增的目的。因此，温度控制的精度及升降温的速度直接影响DNA片段扩增的效率。在传统的PCR仪，比如检测新型冠状病毒的检测，花费的时间就要2-3小时左右。
为了缩短检测时长，实现qRT-PCR的快速化，其最主要是通过提高升降温速率。为了实现大幅度提高升降温速率，现有技术主要集中在以下三个方面：
(1)用薄壁0.1mL PCR管/板，甚至使用如专利CN210945600U所述的体积更小的反应芯片，壁薄导热迅速，加之反应体积小，升降温变得更敏捷；
(2)压缩热循环各步骤的保持时间，根据模板片段长度，将退火15s缩短为5-10s，延伸时间由30s缩短至10-15s。如果引物的退火和延伸温度相差无几，则可将它们合并，将标准PCR程序变性96℃、56℃退火、72℃延伸三步为96℃变性、56℃延伸两步后，可进一步缩短PCR运行时间；
(3)采用高扩增能力DNA聚合酶，这是实现快速PCR和PCR扩增稳产高产的关键。高合成能力Taq聚合酶所需的延伸时间仅需常规Taq聚合酶1/3-1/2的时间，即可维持较高扩增效率。
除此之外，还可以通过调整温控硬件及算法优化，进一步提高升降温速率。CN2021223721607专利中，通过散热装置和制冷装置可以分别减少升温和降温所需的时间。如专利CN201910218993.2所述，该装置中加热块可进行上下移动及旋转，通过增大加热块与反应模块之间的距离并使用变速风扇及散热片以实现核酸反应过程的降温，这种方法虽然解决了PCR的变温耗时。但是所占用的体积和耗材都是常规的两倍，功耗也大，而且由于增加了传动装置，也增加了传动失效的风险。在软件控制层面，其采用了偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)参数，主要根据温度偏差值和偏差的变化率计算出比例控制系数、积分控制系数和微分控制系数，从而发出温度、风扇转速和加热块位置控制命令,传统PID虽然结构简单、操作方便，但是在特定环境下鲁棒性较差。专利CN201910219411.2则在PID算法的基础上，加入模糊运算算法，通过对温度差以及温度差变化率进行模糊运算得到相应的比例系数、积分系数以及微分系数，并根据发明的实际情况对本发明的比例系数、积分系数以及微分系数进一步修正，同时根据比例输出、积分输出以及微分输出对一级制冷片、二级制冷片和散热模块作出决策。但是其存在超调大，变温慢，恒温时间较长的缺点。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种温度变化效益优、超调小、变温快、恒温快的用于PCR检测仪快速恒温的控制方法；本发明的另一目的是提供一种用于PCR检测仪快速恒温的控制装置；本发明的另一目的是提供一种包括上述控制装置的PCR检测仪。
技术方案：本发明的用于PCR检测仪快速恒温的控制方法，PCR程序包括变性和延伸两步，所述控制方法包括以下步骤：
S1、设定上位机温度r(t)，采集传感器温度c(t)；
S2、控制器执行温控；
S201、在升温阶段，c(t)≤Tx1时，控制器切换时间最优PID控制算法升温，c(t)＞Tx1时，控制器切换传统PID控制算法降温；
是否执行时间最优PID控制算法采用如下的公式：
X1为时间最优PID控制算法切换为传统PID控制算法的时刻，为X1时刻传感器采集的温度；ut为控制器在t时刻的输出，umax为控制器输出的最大值；ua为预设的变性温度下控制器的输出值；
uk的输出值为如下所示：
其中k表示采样序号，uk表示计算机在第k次的输出值，ek表示第k次采样时刻输出与设定值的偏差值，ek-1表示第k-1次采样时刻输出与设定值的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，u0为采用时间最优PID控制算法前的原始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；
S202、在降温阶段，时，控制器切换时间最优PID控制算法降温，c(t)＜Tx2时，控制器切换传统PID控制算法升温；
是否执行时间最优PID控制算法采用如下的公式：
X2为时间最优PID控制算法切换为传统PID控制算法的时刻，为X2时刻传感器采集的温度；ub为预设的延伸温度下控制器的输出值；um为控制器在m时刻的输出，umax为控制器输出的最大值；
un的输出值为如下所示：
其中n表示在降温阶段采样序号，un表示计算机在第n次的输出值，en表示第n次采样时刻输出与设定值的偏差值，en-1表示第n-1次采样时刻输出与设定值的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，u0为采用时间最优PID控制算法前的原始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；
S203、在升温阶段或降温阶段即将进入恒温阶段时，采用温度速定算法设定传统PID控制算法的初始值，温度速定算法为：即将进入变性温度段的恒温阶段时，采用预设的变性温度下控制器的输出值ua作为传统PID控制算法的初始值；即将进入延伸温度段的恒温阶段时，采用预设的变性温度下控制器的输出值ub作为传统PID控制算法的初始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；
S204、在恒温阶段，控制器切换传统PID控制算法维持恒温；
S3、控制器输出并完成PCR检测仪的恒温控制。
进一步地，步骤S1中还包括计算r(t)与c(t)的偏差e(t)，若0<e(t)<umax，则整个循环采用PID算法，若e(t)≥umax或e(t)≤0，则整个循环采用PD算法。
进一步地，步骤S201和步骤S202中，通过自适应控制算法确定X1和X2，其中通过比较过冲温度与上位机温度差值的绝对值是否小于预设的超调温度进行循环判定，分别来调节切换控制算法的时刻X1和X2，直至过冲温度与上位机温度差值的绝对值小于预设的超调温度。
更进一步地，按照比例或非比例来调节切换控制算法的时刻X1和X2。
进一步地，过冲温度与上位机温度差值的绝对值越大，则切换控制算法的时刻X1或X2越早。
进一步地，步骤S201中和步骤S202，通过自适应控制算法优化ua和ub，其中通过比较下冲温度与上位机温度差值的绝对值是否小于预设的回调温度进行循环判定，按比例来分别调节ua和ub，直至下冲温度与上位机温度差值的绝对值小于预设的回调温度。
更进一步地，按照比例或非比例来调节切换控制算法的时刻ua和ub。
另一方面，本发明的用于PCR检测仪快速恒温的控制装置，包括控制器，还包括参数初始化模块，用于将PID参数初始化；PID控制模块，用于控制控制器执行温控；PID控制模块包括时间最优PID控制模块、传统PID控制模块、温度速定模块和自适应控制模块，温度速定模块用于确认传统PID控制模块的初始值，自适应控制模块用于优化时间最优PID控制模块和PID控制模块切换时刻和传统PID控制算法的初始值。
进一步地，还包括偏差比较模块，用于比较设定的上位机温度与上位机温度的偏差；控制模块，用于根据偏差比较模块中偏差的大小切换PID控制模块和PD控制模块。
另一方面，本发明的PCR检测仪，包括上述的用于PCR检测仪快速恒温的控制装置；还包括温度传感器模块、受热组件和加热组件。
本发明的控制方法中的全程运行积分分离法，当输出量0<ut<umax时，引入积分，采用PID控制，ut≥umax或ut≤0时，采用PD控制。在变温阶段采用时间最优PID控制算法和传统PID控制算法进行升温或降温；在恒温阶段采用传统PID控制算法；在变温和恒温切换时间点，采用温度速定控制算法和自适应控制算法。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：(1)温度控制精准，温度变化效益优，采用积分分离法，当被控量与设定值偏差较大时，取消积分的作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差。
(2)变温快且恒温快，温度上升和下降阶段使用时间最优PID算法，可以保证最快速度达到目标值，缩短温度上升和下降阶段所需要的时间。
(3)超调小，采用自使用及温度速定模式算法时，可以减少PCR在循环段温度波形的震荡和超调。
附图说明
图1为PCR检测仪的温控元件连接示意图；
图2为用于PCR检测仪快速恒温的控制方法流程图；
图3为积分分离法流程图；
图4为自适应控制算法中的波形的示意图；
图5为自适应控制算法流程图；
图6为环境温度过高时开启自适应控制算法的后曲线变化图，(A)模拟矫正前，(B)模拟矫正中，(C)模拟矫正完成；
图7为环境温度过低时开启自适应控制算法的后曲线变化图，(A)模拟矫正前，(B)模拟矫正中，(C)模拟矫正完成。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1所示，微处理器与温度传感器模块相连，温度传感器模块用于采集加热组件的温度，微处理器用于与控制器连接，微处理器与控制器的连接关系图中未显示。
微处理器内置用于PCR检测仪快速恒温的控制装置用于控制控制器，从而控制加热组件的温度，控制器为PWM控制器。受热组件为盛装PCR试剂的容器，包括若干个PCR芯片、PCR管和PCR板；加热组件为若干个半导体制冷器(Thermo Electric Cooler，TEC)。
用于PCR检测仪快速恒温的控制装置，包括控制器，还包括参数初始化模块，用于将PID参数初始化；偏差比较模块，用于比较设定的上位机温度与上位机温度的偏差；控制模块，用于根据偏差比较模块中偏差的大小切换PID控制模块和PD控制模块；PID控制模块，用于控制控制器执行温控；PID控制模块包括时间最优PID控制模块、传统PID控制模块、温度速定模块和自适应控制模块，温度速定模块用于确认传统PID控制模块的初始值，自适应控制模块用于优化时间最优PID控制模块和PID控制模块切换时刻和传统PID控制算法的初始值。
本发明的PCR程序包括变性和延伸两步，且需要不断进行变性、延伸的温度骤降，需要完成35-45个循环。这种温度骤升骤降对温度控制方法的要求尤其高。用于PCR检测仪快速恒温的控制方法中，全程运行积分分离法，当被控量与设定值偏差较大时，取消积分的作用，以免由于积分作用使系统稳定性降低，超调量增大；当被控量接近给定值时，引入积分控制，以便消除静差，提高控制精度。
如图2所示，PCR反应中包括35-45个循环，每个循环包括高温变性和退火延伸。本实施例中积分控制包括最优PID控制算法和传统PID控制算法，其中a为变性温度；b为延伸温度；X1为升温阶段的时间最优PID控制算法切换为传统PID控制算法的时刻；为X1时刻传感器采集的温度；X2为降温时间最优PID控制算法切换为传统PID控制算法的时刻；/>为X2时刻传感器采集的温度；
在高温变性和退火延伸步骤中，采用时间最优PID控制算法和传统PID控制算法进行升温或降温，时间最优PID算法，可以保证最快速度达到目标值，缩短温度上升和下降阶段所需要的时间；在恒温阶段采用传统PID控制算法，恒温阶段包括维持延伸温度阶段和维持变性温度阶段；在变温向恒温切换的阶段，采用温度速定控制算法和自适应控制算法，可以减少PCR在循环段温度波形的震荡和超调。
具体的，本实施例中变性温度为95℃，延伸温度为56℃。以第一个循环为例，本实施例的用于PCR检测仪快速恒温的控制方法，包括以下步骤：
S1、设定上位机温度r(t)，采集传感器温度c(t)，计算r(t)与c(t)的偏差e(t)，若0<e(t)<umax，则整个循环采用PID算法，若e(t)≥umax或e(t)≤0，则整个循环采用PD算法；
S2、控制器执行温控；
S201、在升温阶段，c(t)≤Tx1时，控制器切换时间最优PID控制算法升温，c(t)＞Tx1时，控制器切换传统PID控制算法降温；
是否执行时间最优PID控制算法采用如下的公式：
X1为时间最优PID控制算法切换为传统PID控制算法的时刻，为X1时刻传感器采集的温度；ut为控制器在t时刻的输出，umax为控制器输出的最大值；ua为预设的变性温度下控制器的输出值；
通过自适应控制算法确定X1，其中通过比较过冲温度与上位机温度差值的绝对值是否小于预设的超调和回调温度进行循环判定，按比例或者非比例分别来调节切换控制算法的时刻X1，直至过冲温度与上位机温度差值的绝对值小于预设的超调温度；过冲温度与上位机温度差值的绝对值越大，则切换控制算法的时刻X1越早；
通过自适应控制算法优化ua，其中通过比较下冲温度与上位机温度差值的绝对值是否小于预设的超调和回调温度进行循环判定，按比例或者非比例来分别调节ua，直至下冲温度与上位机温度差值的绝对值小于预设的回调温度；
uk的输出值为如下所示：
其中k表示采样序号，uk表示计算机在第k次的输出值，ek表示第k次采样时刻输出与设定值的偏差值，ek-1表示第k-1次采样时刻输出与设定值的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，u0为采用时间最优PID控制算法前的原始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；
S202、在降温阶段，时，控制器切换时间最优PID控制算法降温，c(t)＜Tx2时，控制器切换传统PID控制算法升温；
是否执行时间最优PID控制算法采用如下的公式：
X2为时间最优PID控制算法切换为传统PID控制算法的时刻，为X2时刻传感器采集的温度；ub为预设的延伸温度下控制器的输出值；um为控制器在m时刻的输出，umax为控制器输出的最大值；通过自适应控制算法确定X2，其中通过比较过冲温度与上位机温度差值的绝对值是否小于预设的超调和回调温度进行循环判定，按比例或者非比例分别来调节切换控制算法的时刻X2，直至过冲温度与上位机温度差值的绝对值小于预设的超调温度；过冲温度与上位机温度差值的绝对值越大，则切换控制算法的时刻X2越早；
通过自适应控制算法优化ub，其中通过比较下冲温度与上位机温度差值的绝对值是否小于预设的超调和回调温度进行循环判定，按比例或者非比例来分别调节ub，直至下冲温度与上位机温度差值的绝对值小于预设的回调温度；
un的输出值为如下所示：
其中n表示采样序号，un表示计算机在第n次的输出值，en表示第n次采样时刻输出与设定值的偏差值，en-1表示第n-1次采样时刻输出与设定值的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，u0为采用时间最优PID控制算法前的原始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；S203、在升温阶段或降温阶段即将进入恒温阶段时，采用温度速定算法设定传统PID控制算法的初始值，温度速定算法为：即将进入变性温度段的恒温阶段时，采用预设的变性温度下控制器的输出值ua作为传统PID控制算法的初始值；即将进入延伸温度段的恒温阶段时，采用预设的变性温度下控制器的输出值ub作为传统PID控制算法的初始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；
S204、在恒温阶段，控制器切换传统PID控制算法维持恒温；
S3、控制器输出并完成PCR检测仪的恒温控制。
下面详细叙述一下积分分离法：
如图3所示，r(t)为上位机温度，c(t)为传感器采集的温度，e(t)为r(t)与c(t)的偏差：
e(t)＝r(t)-c(t)
若0＜e(t)≤ε，则采用PID控制算法；若e(t)＞ε或e(t)≤0，则采用PD控制算法，本实施例中，PID控制算法包括时间最优PID控制算法和传统PID控制算法，ε＝umax。
PID三个环节主要是比例(P)、积分(I)和微分(D)环节，其中比例环节的作用是，控制器设定值和实际值的误差成正比的关系，一旦系统出现误差就会立刻控制。其特点是能够快速见效误差，但是当比例系数过大时，系统会不稳定，出现余差。积分环节则是将误差e(t)随着时间的增加进行叠加，主要是为了消除余差而存在的。积分控制器余时间常数Ti成反比，时间常数越大积分效果越弱，反之越强。微分环节仅仅与微分时间、误差变化速率有关，而与误差无关。当微分时间常数和误差变化率变大时，微分环节的作用也将变强。主要是为了克服一些被控对象滞后的问题。
其中，积分环节是为了消除余差而存在的。在实际应用中，系统的偏差会随着时间的增加而不断增加，从而导致积分环节的作用加大，这样将会使得执行机构达到一个极限的状态。即使控制器的输出继续增加，执行器将不再发生变化，这是输出已经查出了执行器的临界状态而达到饱和。这是如果偏差的方向发生变化，控制器的输出则慢慢退出去饱和区，称之为积分饱和现象。这种现象存在一个危险，就是当进入积分饱和区的输出越大，退出饱和区的时间就越长，从而导致系统在退出饱和区的这段时间内失控。积分分离法通过设定阈值ε进行在特定的时候采用积分，另外时刻不采取积分，这样做可以使得积分量的增加变慢而减小积分饱和。
引入积分分离后，可以有效的解决积分环节导致的饱和现象。从而达到快速响应和控制系统失控风险的目的。
下面详细叙述一下时间最优PID控制算法，时间最优PID控制算法是将传统PID控制算法与时间最优控制器和温度速定控制算法结合获得的：
时间最优是为了以最快速度达到目标值为目的设计的，这种以全速功率来运作的算法。在时间最优控制器和传统PID控制算法结合的时候往往不能形成时间最优的PID控制，会出现很大的震荡和超调。由此引入了温度速定控制算法，该控制原理是利用了PID的输出值在固定的环境温度下，同一系统中表现出的输出值差异较小这一现象；利用恒定温度段的输出值作为时间最优控制器控制后的初始值的一种方法。从而使系统输出值更快速的靠近所设定温度的恒定状态输出值，有效的降低了波形的震荡和超调。传统PID控制算法与时间最优控制器及温度速定控制算法结合，得到时间最优PID控制算法。
其中在升温阶段，是否执行时间最优PID控制算法采用如下的公式：
X为切换时间最优PID控制算法的时刻，Tx为X时刻传感器采集的温度；ut为控制器在t时刻的输出，umax为控制器输出的最大值；
uk的输出值为如下所示：
其中k表示升温阶段的采样序号，uk表示计算机在第k次的输出值，ek表示第k次采样时刻输出与设定值的偏差值，ek-1表示第k-1次采样时刻输出与设定值的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，u0为采用时间最优PID控制算法前的原始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；
在降温阶段，是否执行时间最优PID控制算法采用如下的公式：
X2为时间最优PID控制算法切换为传统PID控制算法的时刻，为X2时刻传感器采集的温度；ub为预设的延伸温度下控制器的输出值；
un的输出值为如下所示：
其中n表示降温阶段的采样序号，un表示计算机在第n次的输出值，en表示第n次采样时刻输出与设定值的偏差值，en-1表示第n-1次采样时刻输出与设定值的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，u0为采用时间最优PID控制算法前的原始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；下面详细叙述一下自适应控制算法：
如图4-5所示，PCR仪特定循环段的自适应控制算法，是为了满足不同环境温度下，通过算法自调节时间最优控制器和传统PID控制算法切换的时间点，以及修正温度速定控制算法中的初始输出值ua和ub，在本实施例中分别指96℃和56℃时初始输出值，来自动调节波形的一种算法。该算法的引入，可使在PCR在循环段温度波形的震荡和超调达到最优。
该控制算法的原理是通过比较overshoot temperature(过冲，升温时，每一个循环里的第一个峰值超过设定温度时的温度)-set temperature(上位机温度r(t))的绝对值是否小于可接受的超调温度进行循环判定，按比例或非比例来调节切换控制算法的时刻X，直至(overshoot temperature-set temperature)的绝对值小于可接受的超调温度。通过比较undershoot temperature(下冲，降温时，每一个循环里的第一个谷值低过设定温度时的温度)-set temperature(上位机温度r(t))的绝对值是否小于可接受的回调温度的方法进行循环判定，按比例或非比例来调节ua和ub，直至undershoot temperature-settemperature的绝对值小于可接受的回调温度。其中，超调和回调温度根据PCR检测仪的不同设置相应不同的值。
如图6-7所示，开启自适应控制算法分别模拟了环境温度过高时候和过低时候的自矫正，由图可见，开启自适应控制算法后，系统运行时间越长，变化段的恒温表现越优。
Claims (7)
1.一种用于PCR检测仪快速恒温的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、设定上位机温度r(t)，采集传感器温度c(t)；计算r(t)与c(t)的偏差e(t)，若0<e(t)<umax，则整个循环采用PID算法，若e(t)≥umax或e(t)≤0，则整个循环采用PD算法；
S2、控制器执行温控；
S201、在升温阶段，c(t)≤Tx1时，控制器切换时间最优PID控制算法升温，c(t)＞Tx1时，控制器切换传统PID控制算法降温；
是否执行时间最优PID控制算法采用如下的公式：
X1为时间最优PID控制算法切换为传统PID控制算法的时刻，为X1时刻传感器采集的温度；ut为控制器在t时刻的输出，umax为控制器输出的最大值；ua为预设的变性温度下控制器的输出值；
uk的输出值为如下所示：
其中k表示在升温阶段的采样序号，uk表示计算机在第k次的输出值，ek表示第k次采样时刻输出与设定值的偏差值，ek-1表示第k-1次采样时刻输出与设定值的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，u0为采用时间最优PID控制算法前的原始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；
S202、在降温阶段，时，控制器切换时间最优PID控制算法降温，c(t)＜Tx2时，控制器切换传统PID控制算法升温；
是否执行时间最优PID控制算法采用如下的公式：
X2为时间最优PID控制算法切换为传统PID控制算法的时刻，为X2时刻传感器采集的温度；ub为预设的延伸温度下控制器的输出值；um为控制器在m时刻的输出，umax为控制器输出的最大值；
un的输出值为如下所示：
其中n表示在降温阶段的采样序号，un表示计算机在第n次的输出值，en表示第n次采样时刻输出与设定值的偏差值，en-1表示第n-1次采样时刻输出与设定值的偏差值，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，u0为采用时间最优PID控制算法前的原始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；步骤S201和步骤S202中，通过自适应控制算法确定X1和X2，其中通过比较过冲温度与上位机温度差值的绝对值是否小于预设的超调温度进行循环判定，分别来调节切换控制算法的时刻X1和X2，直至过冲温度与上位机温度差值的绝对值小于预设的超调温度；
S203、在升温阶段或降温阶段即将进入恒温阶段时，采用温度速定算法设定传统PID控制算法的初始值，温度速定算法为：即将进入变性温度段的恒温阶段时，采用预设的变性温度下控制器的输出值ua作为传统PID控制算法的初始值；即将进入延伸温度段的恒温阶段时，采用预设的变性温度下控制器的输出值ub作为传统PID控制算法的初始值，index为积分分离条件值，为1表示引入积分控制，为0表示去除积分控制；
S204、在恒温阶段，控制器切换传统PID控制算法维持恒温；
步骤S201中和步骤S202，通过自适应控制算法优化ua和ub，其中通过比较下冲温度与上位机温度差值的绝对值是否小于预设的回调温度进行循环判定，分别调节ua和ub，直至下冲温度与上位机温度差值的绝对值小于预设的回调温度；
S3、控制器输出并完成PCR检测仪的恒温控制。
2.根据权利要求1所述的用于PCR检测仪快速恒温的控制方法，其特征在于，过冲温度与上位机温度差值的绝对值越大，则切换控制算法的时刻X1或X2越早。
3.根据权利要求1所述的用于PCR检测仪快速恒温的控制方法，其特征在于，按照比例或非比例调节X1、X2、ua、ub。
4.一种利用根据权利要求1-3任一所述的用于PCR检测仪快速恒温的控制方法的控制装置，包括控制器，其特征在于，还包括参数初始化模块，用于将PID参数初始化；PID控制模块，用于控制控制器执行温控；PID控制模块包括时间最优PID控制模块、传统PID控制模块、温度速定模块和自适应控制模块，温度速定模块用于确认传统PID控制模块的初始值，自适应控制模块用于优化时间最优PID控制模块和PID控制模块切换时刻和传统PID控制算法的初始值。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，还包括偏差比较模块，用于比较设定的上位机温度与上位机温度的偏差；控制模块，用于根据偏差比较模块中偏差的大小切换PID控制模块和PD控制模块。
6.一种PCR检测仪，其特征在于，包括根据权利要求5所述的控制装置。
7.根据权利要求6所述的PCR检测仪，其特征在于，还包括温度传感器模块、受热组件和加热组件。
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