Алгоритм расчета, обеспечивающий быстрое и качественное управление термоэлектрическими приборами, использующими элемент Пельтье, предложили ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 22 сентября сообщила пресс-служба вуза.

В последние время в мире возрос интерес к термоэлектрическим приборам на основе элементов Пельтье — термоэлектрических преобразователей, представляющих собой пластины с двумя выводами питания. При подаче на эти выводы постоянного напряжения одна из сторон элемента начнет охлаждаться, а вторая нагреваться.

Свое название эти приборы получили по имени ученого, отрывшего этот эффект. Элементы Пельтье имеют почти неограниченный ресурс работы, малые габариты, возможность местного охлаждения, обладают бесшумностью и экологичностью.

Эти достоинства обеспечили им широкий спектр применения. Так, элементы Пельтье применяют в устройствах ночного видения, цифровых камерах, приборах связи, телескопах, требующих охлаждения, кондиционерах, кулерах для воды и автомобильных холодильниках.

Чтобы иметь возможность управлять температурой, которую призвано поддерживать то или иное устройство на основе элемента Пельтье, оно должно быть оснащено системой управления, которая будет поддерживать заданную температуру пластин. Такое управление требует сложных математических расчетов. Разработанные учеными Пермского Политеха алгоритмы выполняют такие расчеты, обеспечивая высокую точность управления.

Результаты исследования предложенных алгоритмов разработчики представили в статье «Система автоматического управления элементом Пельтье», опубликованной в журнале «Научно-технический вестник Поволжья», № 8, 2023 год.

Одна из соавторов статьи, руководитель исследования, доцент кафедры «Микропроцессорные средства автоматизации» ПНИПУ Наталья Андриевская пояснила решаемую разработчиками алгоритма задачу:

«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».

Предложенная научным коллективом система управления основана на алгоритме нечеткой логики, обеспечивающем более высокое качество управления при меньшем количестве математических расчетов. В алгоритме оценивается отклонение текущего значения температуры от заданного, по величине которого формируется управляющее напряжение, подаваемое на термоэлектрический прибор.

В представленной учеными ПНИПУ системе управления этот алгоритм реализуется микроконтроллером, на вход которого подается информация с датчика температуры. Микроконтроллер с помощью разработанного алгоритма использует эти данные для расчета подаваемого на элемент Пельтье управляющего напряжения, необходимого для поддержания заданной температуры.

Исследование показало, что алгоритм ученых Пермского Политеха повышает качество управления термоэлектрическими приборами на основе элементов Пельтье на 40%.

Он может быть использован для улучшения точности и эффективности работы термоэлектрических устройств малых габаритов, предназначенных для поддержания заданной температуры таких приборов, как лазерные диоды, генераторы электрического тока, бытовые и промышленные кондиционеры, приборы связи и ряда других.