一种CO2培养箱的温度控制方法与流程

本发明涉及培养箱控制领域，尤其涉及一种co2培养箱的温度控制方法。

背景技术：

二氧化碳培养箱是通过在培养箱箱体内模拟形成一个类似细胞/组织在生物体内的生长环境,来对细胞/组织进行体外培养的一种装置，是细胞、组织、细菌培养的一种先进仪器，是开展免疫学、肿瘤学、遗传学及生物工程所必须的关键设备。

微生物、医学、制药、环保、食品、畜牧等科学领域的研究和生产。常见于细胞动力学研究、哺乳动物细胞分泌物的收集、各种物理、化学因素的致癌或毒理效应、抗原的研究和生产、培养杂交瘤细胞生产抗体、体外授精(ivf)、干细胞、组织工程、药物筛选等研究领域，不同的操作环境对温度的控制要求也不同，因此对温度控制的精准要求特别重要。目前的co2培养箱都用于37℃，都是用来培养人和哺乳动物细胞的，不能够精准控制昆虫，禽类，冷血动物等的细胞培养所需要的温度环境。

技术实现要素：

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种co2培养箱的温度控制方法，具体包括如下步骤：

根据设定温度st和co2培养箱内部的实时温度t计算控温偏差值er；

采用co2培养箱温度控制方法控制加热元件的输出功率、控制co2培养箱的实时温度t在精准范围内，具体采用如下方式：

当控温偏差值er≥控制输出下限值el时，培养箱加热开始启动，主加热控制输出pwmout为100％；

当控温偏差值er≤-控制输出上限值eh时，则主加热控制输出pwmout为0％；

当-eh≤er≤el:pwmout＝综合过程值pst+综合差分值md+综合累加值mi

当设定温度st≥37℃，则综合过程值pst＝pst1+(st-37)×st1

当设定温度st≤37℃，则综合过程值pst＝pst1-(st-37)×st2

中间过程趋势值pst1＝p-aer×[div×(aer/100+1)]

其中div为浮动调节差值，环境偏差aer＝st-tema，tema为环境温度，p为中间变量，其中p＝kp×(eh+er)，kp为过程值，eh为控制输出上限值,st1为箱内温度上浮动幅差，st2为箱内温度下浮动幅差。

进一步的，对co2培养箱的底部加热器采用如下控制方式：

pwmout_b＝pwmout×(底部加热系数bcoe-45)×0.0125+修正系数

其中底部加热系数bcoe＝温度偏差ter×固定偏差系数+固定修正系数

温度偏差ter＝t-tema

当bcoe<7.5℃时,设定一套固定偏差系数与一套固定修正系数

当bcoe>7.5℃时,设定另一个固定偏差系数与另一个固定修正系数

进一步的，对co2培养箱的门加热器采用如下控制方式：

pwmout_d＝pwmout×(底部加热系数dcoe-45)×0.0125+修正系数

底部加热系数dcoe＝温度偏差ter×固定偏差系数+固定修正系数

ter＝t-tema

dcoe<7.5℃时,设定一套固定偏差系数与一套固定修正系数；

dcoe>7.5℃时,设定另一个固定偏差系数与另一个固定修正系数。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种co2培养箱的温度控制方法，该方法有效避免了温度超调，有效控制了箱温度的平稳性与均匀性，保证了在不同环境条件下可培养不同的细胞，使co2培养箱在15～35℃的环境下及设定温度在30～50℃，控制误差都能保持在≤±0.2℃，在设定值为37℃时环境温度在23℃时，控制精度可保证在≤±0.1℃。充分实现了一箱多用，除了可以培养人和哺乳动物细胞(37℃最佳)，还可培养昆虫细胞(27℃最佳)，禽类细胞(38.5℃最佳)，冷血动物如两栖动物、冷水鱼等(15-26℃)。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明中方法的实施例的示意图；

图3为本发明中方法的实施例的示意图；

图4为本发明中方法的实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

如图1所示的一种co2培养箱的温度控制方法，该方法通过环境温度与设定温度进行浮动控制参数计算，采用温度控制算法控制加热元件输出功率，使co2培养箱在15～35℃的环境下及设定温度在30～50℃，控制误差都能保持在≤±0.2℃，在设定值为37℃时环境温度在23℃时，控制精度可保证在≤±0.1℃。其中st为设定温度、t为箱内温度、el为控制输出下限值、eh为控制输出上限值，kp为过程值、td为差分值、ts为循环周期、过程定数：tdc＝-pst×td×60/ts，ti为差分时间，差分定数为：tic＝ts/(ti×60)，dcut为分界平圴值，输出间隔为pwmmax，主加热控制输出为pwmout；st1为箱内温度上浮动幅差，st2为箱内温度下浮动幅差，底部加热控制输出为pwmout_b，前门加热控制输出为pwmout_d。

进一步的，如图2-图4所示，当-eh≤er≤el:pwmout＝综合过程值pst+综合差分值md+综合累加值mi。

当控温偏差值er≥el时，pwmout输出为100％，即培养箱启动时，温度没有达到设定温度。

当er≤-eh时，pwmout输出为0％，即为培养箱首次启动运行时的微超调。

其中控温偏差值er＝st-t，中间过程值p＝kp×(eh+er)，综合差分值md＝tdc×ed，偏差ed＝t－上次的箱内温度told。(注：当偏差ed>dcutor偏差ed<-dcut时md为0)

综合差分值mi＝差分定数tic×ei；

中间累加值ei＝ei+ep+md(注：如果ei×(ep+md)>0时不进行累加)

本次的累加值ep＝kp×er

其中综合过程值pst

当设定温度st≥37℃，综合过程值pst＝pst1+(st-37)×st1；

当设定温度st≤37℃，综合过程值pst＝pst1-(st-37)×st2；

中间过程趋势值pst1＝p-aer×[div×(aer/100+1)]

采集环境温度tema，浮动调节差值div；

环境偏差aer＝st-tema，根据aer值的大小调节pst1值，进而调节pwm输出调节加热量输出，即调节主加热控制输出pwmout的值。

进一步的，底部加热器控制输出算法为：

pwmout_b＝pwmout×(底部加热系数bcoe-45)×0.0125+修正系数。

bcoe＝温度偏差ter×固定偏差系数+固定修正系数。

ter＝t-tema

bcoe<7.5℃时,设定一套固定偏差系数与一套固定修正系数；

bcoe>7.5℃时,设定另一个固定偏差系数与另一个固定修正系数：

进一步的，门加热器控制算法为：

pwmout_d＝pwmout×(底部加热系数dcoe-45)×0.0125+修正系数。

dcoe＝温度偏差ter×固定偏差系数+固定修正系数。

ter＝t-tema。

dcoe<7.5℃时,设定一套固定偏差系数与一套固定修正系数；

dcoe>7.5℃时,设定另一个固定偏差系数与另一个固定修正系数：

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。