恒温培养箱（上海一恒科技有限公司）已经成为现代医学、医药 、生化 、农业、食品及工矿等行业(部门)实验室中的重要实验设备,通常情况下 ,恒温培养箱控制系统应当能维持箱体内稳定的温度 ,为实验提供理想的恒定温度场。然而 ,目前很多恒温培养箱控制系统还是采用模拟控制的方法 ,这种控制方法的控制速度慢 ,控制结果超调大, 精度不够高,只能应用于对精度要求不高的场合。国内较流行的控制方式是采用普通的 PID控制方法, 但是由于温度信号具延迟滞后性、模型不确定性等特点 ,普通 PID控制效果还不是很好 , 难以满足高精度的目标。

恒温培养箱具有制冷系统 、加热系统和循环风机,箱体内部气流循环控制流程为 :恒温箱上电后 ,循环风机就开始运行,循环风机使箱体内的气流不停地流动,使箱体中的气流最终达到相同的温度 , 循环过程中气流先经过制冷压缩机 ,如有需要可以降低气流的温度,然后经过加热器 ,根据需要可以增加气流的温度,最后回到箱体和其中气体混合 ,达到需要的温度。同时 ,控制系统将协调控制制冷和加热系统 , 以达到箱温波动值最小 、高精度控温的目标。所以温度控制成为恒温培养箱控制系统的核心问题 。

在调试中,笔者将恒温箱置于环境温度下 ,在温度设定值分别为 10 ℃、60 ℃时 ,观察系统的升温 /降温过程及恒温箱内部温度恒定后温度保持情况。实验结果表明 ,系统的温度控制精度达到 ±0.5 ℃, 且动态调整过程时间较短 ,符合恒温培养箱温度控制的要求相对于常见的 PID方法, 本研究提出的恒温箱温度控制方法不但控制精度高、响应快 ,而且还可以节约能耗。该方法适应性强 ,即使系统对象模型结构和参数有了一定变化也能够满足实际控制的要求。所以该方法的应用将有助于提高恒温培养箱控制系统的性能及整个恒温培养箱的质量。