自動調諧算法可以自動確定熱電製冷器器件的P（比例）、I（積分）、D（微分）的恰當值。對於每個期望的系統設定點，都將履行一次自動調諧過程。2510-AT自動調諧算法[1]將電壓階躍函式用於熱電製冷器或珀耳帖效應器件。然後，抽取來自系統溫度相應的信息，並用於改進的Ziegler-Nichols調諧技術，提供兩個PID係數集合。一個集合是為最小溫度超調量而最佳化，另一個集合為最小設定時間而最佳化。可以根據測試要求或器件限制，從兩個集合中選擇使用。如果需要的話，對系統回響進行微調時，還可以把這些數字用作起始點。
基本介紹
- 中文名：自動調諧算法
- 含義：一種溫控算法
概述,測試說明,調諧過程,系統配置,局限性,設備清單,
概述
溫度控制環路採用自動調諧方法，可以自動確定熱電製冷器器件的P（比例）、I（積分）、D（微分）的恰當值。對於每個期望的系統設定點，都將履行一次自動調諧過程。2510-AT自動調諧算法[1]將電壓階躍函式用於熱電製冷器或珀耳帖效應器件。基本調諧算法然後，抽取來自系統溫度相應的信息，並用於改進的Ziegler-Nichols調諧技術，提供兩個PID係數集合。一個集合是為最小溫度超調量而最佳化，另一個集合為最小設定時間而最佳化。可以根據測試要求或器件限制，從兩個集合中選擇使用。如果需要的話，對系統回響進行微調時，還可以把這些數字用作起始點。
2510-AT型自動調諧溫度控制源表的自動調諧算法假設：在珀爾帖電壓下，系統對階躍函式的回響是溫度以指數形式上升：
Tsysteminitial ，t <tLag
Tsysteminitialstep (1–e)，t≥tLag
可以繪製成以下圖形：
圖1 Ziegler-Nichols調諧算法的溫階
圖1
圖1在這種情況下，溫階表現為正數，但它可能是一個負的階躍。對於大部分熱電製冷器(珀爾帖)激光二極體和夾具來說，指數回響是常見的。不同數學模型的溫度回響將對故障（或者不可預知的結果）進行自動調諧。一旦從電壓階躍回響中的採樣數據中提取tLag和Tau時間，就可以計算出調諧常數。
測試說明
2510-AT型自動調諧溫度控制源表溫度控制環路採用自動調諧方法，而自動調諧算法分別對系統Tau、雷射二極體模組、測試夾具分別有一定要求。
系統Tau確定初始值
系統Tau是系統(2510[2]+溫度控制+ 夾具+ 器件)能夠多么迅速地到達指定溫度的度量指標。為了允許自動調諧算法對可能的最寬器件範圍進行調諧，必須為系統Tau確定初始值。對於雷射二極體模組來說，系統Tau的範圍是3～30秒，對於更大型夾具來說，其範圍是300秒以上。
雷射二極體模組確定PID係數
設計自動調諧算法的目的是為配備熱電製冷器的雷射二極體模組(LDM)（用於通信目的）確定良好的PID係數[3]。這些雷射二極體模組具有很短的Tau，因此，自動調諧可以在5～15分鐘內完成任務。
測試夾具設定調試
除了雷射二極體模組，自動調諧算法還包括允許調諧測試夾具的設定，這些設定擁有更長的系統Tau值。在調諧測試夾具時，系統Tau必須設定在與實際系統Tau類似的範圍。如果實際系統Tau是未知的，就將其設定在“中間值”；如果自動調諧不成功，就使用較長的Tau設定，重新進行自動調諧。
調諧過程
自動調諧算法[6]完成後，將提供兩個PID值集合：最小超調量集合和最小設定時間集合。最小超調量集合保護待測器件不受到熱傷害，對於在器件最大指定溫度附近的溫度設定點是非常有益的(參見圖2)。對於沒有接近最大指定溫度的設定點，可以利用最小設定時間PID集合[7]，來縮短設定時間（參見圖3）。圖1和圖2分別給出使用3°C溫階（22.5°C～25.5°C）的雷射二極體[8]模組實例。對最大超調量相應的設定時間長度，大約是最小設定時間相應的2倍。
圖2 最小超調量
圖2
圖2在15.32秒內設定為±1.0% (±0.030°C)
在27.32秒內設定為±0.1% (±0.003°C)
圖3 最小設定時間
圖3
圖3在8.54秒內設定為±1.0% (±0.030°C)
在11.14秒內設定為±0.1% (±0.003°C)
系統配置
正、負輸出引線連線的交換
2510型自動調諧溫度控制源表[9]假設正向電流為待測器件加熱。許多雷射二極體熱電製冷器套用都假設正向電流為待測器件製冷；因此，對於利用正向電流為待測器件製冷的套用，要交換正、負輸出引線連線(如圖4所示)。這種交換對2510型自動調諧溫度控制源表或溫度控制性能沒有不利影響。
圖4 待測器件（溫度控制）與2510-AT型自動調諧溫度控制源表的連線(圖示為4-線感測器)。
圖4
圖4為了實現最佳精度，使用電熱調節器或RTD[10]時，輸出需要4線模式，建議輸入（溫度感測器）也採用4線模式。對於輸入連線，在固態感測器（如AD590、LM335）時，一般採用2線模式（沒有感測器連線）。
遠程激活時對連線埠及附屬檔案的要求
自動調諧特性只能通過GPIB[11]或RS-232[12]連線埠進行遠程激活，因此，需要一台計算機和適當的附屬檔案(線纜或GPIB卡及線纜)等。
局限性
2510-AT型自動調諧溫度控制源表對自動調諧函式的幾個固有限制，可能導致其失敗。它們是：
1. 溫階至少低於3°C。
2. 系統Tau[13]時間少於1秒或大於450秒。
3. 系統延遲（Lag）時間大於0.6 · Tau。
4. 環境溫度在上限和下限值範圍以外。
5. 在自動調諧序列期間，環境溫度移動大於± 0.010ºC。
6. 噪聲溫度測量。待測器件或溫度感測器周圍氣流，可能引起系統溫度波動(即無法達到最終值)。此外，溫度感測器與待測器件之間接觸不良也可能導致振盪或其他的系統相關問題。
7. 在初始或最終自動調諧電壓階躍測試期間，達到任何溫度、電流或電壓保護界限。
8. 溫度控制(帕爾貼[14]器件)電阻大於80Ω。利用2510-AT型自動調諧溫度控制源表[15]的交流歐姆特性，來確定溫度控制電阻。
9. 測試器件包含電阻加熱器。自動調諧算法的設計不適合電阻加熱器。
設備清單
2510-AT型自動調諧溫度控制源表
· KPCI-488 IEEE-488.2接口，用於PCI匯流排(或者其他GPIB/IEEE-488接口卡)
· 7008-3 IEEE-488 (GPIB)線纜，長度3 ft (0.9 m)
·7009-5 RS-232線纜(用於不要求GPIB速度的套用或擴展能力)
· CS-846外加連線器(可選，2510/2510-AT型自動調諧溫度控制源表中包含一個CS-846)
·2510-CAB[16](可以根據測試線纜需求選擇)
