СБОРНИК
НАУЧНЫХ ТРУДОВ НГТУ

ISSN: 2307-6879
English | Русский

Последний выпуск
№3-4(96) июль - декабрь 2019

Синтез регулятора тока для термостолика на основе элемента Пельтье

Выпуск № 3-4 (96) июль - декабрь 2019
Авторы:

Гринкевич Владимир Анатольевич
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/2307-6879-2019-3-4-33-52
Аннотация

Термостолики применяются для научных исследований в химии и биологии. Существуют термостолики разных мощностей и размеров. Исполнительным элементом термостолика может быть резистивный нагревательный элемент, жидкий азот или элемент Пельтье. Для термостоликов малой мощности наиболее подходящим исполнительным элементом является элемент Пельтье вследствие простоты его конструкции и малых размеров. Кроме того, элементы Пельтье применяются в управляемых термостатах малой мощности, автомобильных холодильниках, водяных кулерах и медицинских термостатах. Еще элементы Пельтье используются для охлаждения ПЗС-матриц в цифровых фотоаппаратах, стабилизации температуры лазера, управления скоростью химической реакции и температурных воздействий на растения для исследования их стрессоустойчивости. Элемент Пельтье может обеспечить температуру рабочей поверхности термостолика выше окружающей среды и ниже температуры окружающей среды, в отличие от резистивных нагревателей. Для поддержания стабильной температуры или формирования температурного профиля необходимо применять регулятор температуры. Управляющим фактором для элемента Пельтье является ток, величина которого влияет на температуру рабочей поверхности термостолика. В связи с этим возникает необходимость использования регулятора тока в термостоликах на основе элемента Пельтье с целью обеспечения высокой точности. В данной статье обсуждается синтез регулятора тока, протекаемого через элемент Пельтье, с широтно-импульсным модулятором в канале управления. В качестве объекта управления используется схема с элементом Пельтье, который через сглаживающий фильтр подключен к импульсному мостовому усилителю. Для расчета регулятора тока применен метод разделения движений. Приведены графики переходных процессов по току и графики пульсаций напряжения на элементе Пельтье, полученные с помощью осциллографа. Рассмотрен вариант снижения уровня пульсаций, возникающих из-за шума датчика тока. Предлагаемая система управления током для элемента Пельтье может быть использована в устройствах формирования температурных воздействий на биофизические объекты.


Ключевые слова: термостолик, элемент Пельтье, регулятор тока, метод разделения движений, сглаживающий фильтр, математическая модель, эмпирическая идентификация

Список литературы

1. Гринкевич В.А. Исследование математической модели термостата на основе элемента Пельтье // Сборник научных трудов НГТУ. – 2017. – № 3 (89). – С. 62–77. – DOI: 10.17212/2307-6879-2017-3-62-77.



2. Полупроводниковый термостат для лабораторных исследований «TC-20» / И.П. Егорова, Ю.И. Иванов, С.Н. Колесников, Г.И. Сидоров // Известия ТРТУ. – 2002 – № 6 (29). – С. 121–123.



3. Сероклинов Г.В., Гунько А.В. Информационные технологии при исследовании изменения биопотенциала растений от действия температуры // Актуальные проблемы электронного приборостроения (АПЭП-2014): труды XII международной конференции, 2–4 октября 2014 г.: в 7 т. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2014. – Т. 7. – C. 72–75.



4. Магомедов Д.А., Хазамова Л.А., Миспахов И.Ш. Малогабаритный термостат для перевозки биоматериалов // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке. – СПб., 2015. – С. 458–460.



5. Тарукин Е.М. Авторефрижераторы // Вестник НГИЭИ. – 2012. – № 6 (13). – С. 68–82.



6. Термостолик для микроскопа на элементах Пельтье / Н.С. Безруков, А.Н. Одиреев, К.Ф. Килимиченко, Ю.М. Перельман // Системный анализ в медицине (САМ 2017): материалы XI международной научной конференции, 19–20 окт. 2017 г. – Благовещенск, 2017. – С. 47–52.



7. Гринкевич В.А. Синтез регулятора тока для элемента Пельтье // Сборник научных трудов НГТУ. – 2018. – № 3–4 (93). – С. 16–39. – DOI: 10.17212/2307-6879-2018-3-4-16-39.



8. Юркевич В.Д. Синтез нелинейных систем с ШИМ в канале управления на основе метода разделения движений // Доклады ТУСУР. – 2012. – № 1-1 (25). – С. 127–130.



9. Юркевич В.Д. Многоканальные системы управления. Синтез линейных систем управления с разнотемповыми процессами: учебное пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. – 183 с.



10. Yurkevich V.D. PWM controller design based on singular perturbation technique: a case study of buck-boost DC-DC converter // Preprints of the 18th IFAC World Congress, Milan, Italy, August 28 – September 2, 2011. – Milan, 2011. – P. 9739–9744.



11. Сероклинов Г.В. Задачи автоматизации экспериментальных исследований сложных биофизических объектов // Методы и технические средства исследований физических процессов в сельском хозяйстве: сборник научных трудов СибФТИ. – Новосибирск, 2001. – С. 46–53.



12. Охоткин Г.П., Романова Е.С. Анализ законов коммутации ключей мостовой схемы импульсного преобразователя // Вестник Чувашского университета. – 2012. – № 3. – С. 142–149.



13. Сорокин Г.А. Фильтры нижних частот // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. – 2015. – Т. 15, № 1. – С. 100–107.



14. Макфузова А.И., Травин Д.Д, Филимонова А.А. Термоэлементы как дополнительные источники энергии на орбитальной станции // Научные исследования: от теории к практике. – № 5 (6). – С. 262–263.



15. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники. Ч. 1: учебник. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. – 199 с.



16. Замятин С.В., Плотников Д.А., Гончаров В.И. Идентификация нелинейных объектов на основе вещественного интерполяционного метода // Известия Томского политехнического университета. – 2008. – T. 312, № 5. – C. 66–69.

Для цитирования:

Гринкевич В.А. Синтез регулятора тока для термостолика на основе элемента Пельтье // Сборник научных трудов НГТУ. – 2019. – № 3–4 (96). – С. 33–52. – DOI: 10.17212/2307-6879-2019-3-4-33-52.

 

For citation:

Grinkevich V.A. Sintez regulyatora toka dlya termostolika na osnove elementa Pel't'e [Current controller design for temperature controlled stage based on Peltier element]. Sbornik nauchnykh trudov Novosibirskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universitetaTransaction of scientific papers of the Novosibirsk state technical university, 2019, no. 3–4 (96), pp. 33–52. DOI: 10.17212/2307-6879-2019-3-4-33-52.

Просмотров: 279