在微生物培養箱研究早期,由于溫度和濕度控制經常出 現串擾,因此有技術人員提出了將溫度和濕度單獨進行控制 的設想。該設想將微生物培養箱的整個控制系統改為雙閉環 控制,系統設定“溫度”為優先級控制,當溫度調控到目標值 后,再調節培養箱內濕度值。由于雙閉環控制避免了溫度、濕 度相互影響,可以保證溫濕度都達到預期的控制要求。但是現 階段這種設想還處于試驗階段,具體的應用效果還有待進一 步的驗證和優化。
目前,比較成熟的微生物培養箱溫濕度控制技術,是借助 于設備內置的單片機(小型計算機),通過人為錄入程序,根據 程序算法對培養箱內的溫濕度進行控制。同時,在培養箱內部 安裝多個傳感裝置,這些傳感器可以分別收集溫度信號、濕度 信號,然后將其轉化為二進制信號被單片機所識別。單片機根 據程序指令,自動微調溫度和濕度,精確值可以滿足微生物培 養的要求。這種基于程序算法的溫濕度控制技術,雖然具有一 定的應用優勢,但是對硬件要求較高。
PID 控制器是一種典型的反饋回路控制裝置,前端數據采 集器將收集到的信號傳遞到控制單元中,與控制單元內部數據 庫的存儲信息進行比較,然后將兩者之間的差值作為新的輸入 值,完成參數的調整。就目前來看,市場上 70% 左右的微生物 培養箱,都是采用這種傳統 PID 控制算法。這種算法的應用優 勢在于具有較強的自適應能力,可以通過技術人員編寫的調控 指令,對不同型號、參數的微生物培養箱進行動態調整,從而提高了經濟利用價值。但是隨著新技術的應用,這種基于傳統算 法的控制技術,也逐漸暴露出一些問題,例如信息化程度不高, 尤其是在一些溫濕度要求精度較高的條件下,傳統 PID 算法由 于精度達不到要求,而難以滿足微生物培養的需要。
微生物對于培養箱內環境變化的敏感程度較高,尤其是那 些具有較高科研價值或經濟價值的微生物,如果因為溫濕度控 制不當導致微生物大量死亡或科研工作失敗,將會造成嚴重的 損失。因此,在傳統 PID 控制算法的基礎上,近年來技術人員 致力于進行技術改良,克服傳統 PID 控制算法的缺陷。智能 PID 控制算法結合了近年來蓬勃發展的人工智能技術,其應用 優勢主要體現在三個方面:第一,融入了模糊算法,可以更加便 捷、自動地調整控制變量,使溫度、濕度值的精確性滿足微生物 培養要求;第二,對硬件設備的要求降低,無形中降低了技術成 本;第三,可以利用智能控制實現外部硬件設備聯動,除了可以 應用于微生物培養外,還可以應用到其他控制環境中。