В последние годы в мире существенно увеличился спрос на термоэлектрические приборы, а именно на элементы Пельтье. Это термоэлектрический преобразователь, выполненный в виде пластины с двумя выводами питания. Если к ним приложить постоянное напряжение, то одна из сторон элемента начнет охлаждаться, а вторая нагреваться. Приборы, использующие элемент Пельтье, отличаются практически неограниченным ресурсом работы, малыми габаритами, возможностью локального охлаждения, бесшумностью и экологичностью.
Они имеют широкий спектр применения, например, их используют в устройствах ночного видения, цифровых камерах, приборах связи, телескопах с охлаждением, кондиционерах, кулерах для воды, автомобильных холодильниках.
Основная задача управления элементом заключается в точном поддержании температуры пластин, что приводит к сложным математическим расчетам системы управления элементом Пельтье. Ученые Пермского Политеха предложили алгоритм расчета, который обеспечивает быстрое и качественное управление термоэлектрического прибора.
«Система автоматического управления прибором необходима, так как для регулирования температуры важно учитывать и рассчитывать все факторы, влияющие на процесс работы устройства. Например, даже изменение окружающей температуры объекта уже ведет к снижению качества работы термоэлектрического устройства. Классические способы управления с использованием типовых регуляторов не дают удовлетворительные результаты, так как требуют высокой точности математических расчетов как модели элемента Пельтье, так и параметров регулятора», – объяснила кандидат технических наук, доцент кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» ПНИПУ Наталья Андриевская.
По ее словам, предложенная система управления работает на алгоритме нечеткой логики, которая позволяет получить более высокое качество управления при меньшем количестве математических расчетов.
Алгоритм нечеткой логики оценивает отклонения текущего значения температуры от заданного. Он формирует управляющее воздействие в виде сигнала напряжения, подающегося на термоэлектрический прибор. Таким образом, разработанная учеными система автоматического управления состоит из самого элемента Пельтье и микроконтроллера, который получает показания с датчика температур и на основе алгоритма изменяет поведение самого прибора (на охлаждение или нагревание).
По словам ученых, их разработка на 40% повышает качество управления термоэлектрическими приборами. Также она обеспечивает точность и эффективность в работе термоэлектрических устройств малых габаритов, поддерживающих необходимую температуры, например лазерные диоды, генераторы электрического тока, бытовые и промышленные кондиционеры, приборы связи и другие.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Научно-технический вестник Поволжья», №8, 2023 год.
