北京生物醫(yī)學工程

基于PID算法的PCR儀溫度控制系統(tǒng)設計方案

Design of a Temperature Control System Based on PID Algorithm for a PCR Instrument

作者：王冬張新磊馮繼宏

單位：北京工業(yè)大學生命科學與生物工程學院（北京100124）

分類號：

出版年·卷·期（頁碼）：2011·30·5（502-505）

摘要：

目的為研制升降溫速率快、溫度控制精度高的PCR儀，本文設計并構(gòu)建了基于比例積分微分
（proportional integral derivative，PID）算法的PCR儀溫度控制系統(tǒng)。方法該系統(tǒng)以TI DSP2812為
主控芯片，采用PID算法作為溫度控制算法，并利用Ziegler-Nichols參數(shù)整定法進行控制參數(shù)整定。為
驗證PID算法在PCR儀溫度控制中的有效性，本文進行了Matlab計算機仿真實驗，并在此基礎上進行了實
際溫度控制系統(tǒng)的整體調(diào)試。結(jié)果仿真結(jié)果顯示溫度控制系統(tǒng)的溫度最大超調(diào)量為13%，響應時間為25s
，無靜態(tài)誤差。整體調(diào)試結(jié)果顯示升降溫速率為5℃/s，溫度控制精度0.1℃。結(jié)論該系統(tǒng)升降溫速率快
，溫度控制精度高，本研究為制造具有自主知識產(chǎn)權的PCR儀做出了有益探索。

Objective To develop a PCR instrument with rapid temperature change rate and
high accuracy，we designed a temperature control system with the proportional integral
derivative（PID）algorithm based on DSP a digital signal processor（DSP）chip
TMS320F2812.Methods The role of PID algorithm was utilized to control the temperature，
whose parameters were adjusted by Ziegler-Nichols parameter tuning.We tested the whole
temperature control system based on the simulation result of Matlab for verifying the
effectiveness of PID algorithm.Results The simulation results showed that the maximum
overshoot was 13% and the response time was 25 s，with no static error.The test showed that
the temperature change rate was 5℃/s and the accuracy of 0.1℃.Conclusions This control
system with rapid temperature change rate and high accuracy is a useful exploration of
China-made PCR instrument with intellectual property.

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