SCI和EI收录∣中国化工学会会刊

• SYSTEM ENGINEERING • 上一篇    下一篇

用于基因扩增热循环温度跟踪的前馈变结构PID控制技术

邱宪波a; 袁景淇a,b; 汪志锋c   

  1. a Department of Automation, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China
    b State Key Laboratory of Bioreactor Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China 
    c Department of Automation, Shanghai Second Polytech University, Shanghai 201209, China
  • 收稿日期:1900-01-01 修回日期:1900-01-01 出版日期:2006-04-28 发布日期:2006-04-28
  • 通讯作者: 袁景淇

Feedforward Variable Structural Proportional-Integral-Derivative for Temperature Control of Polymerase Chain Reaction

QIU Xianboa; YUAN Jingqia,b; WANG Zhifengc   

  1. a Department of Automation, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China 
    b State Key Laboratory of Bioreactor Engineering, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China  
    c Department of Automation, Shanghai Second Polytech University, Shanghai 201209, China 
  • Received:1900-01-01 Revised:1900-01-01 Online:2006-04-28 Published:2006-04-28
  • Contact: YUAN Jingqi

摘要: To track the rapidly changing temperature profiles of thermal cycling of polymerase chain reaction (PCR) accurately, an innovative feedforward variable structural proportional-integral-derivative (FVSPID) controller was developed. Based on the step response test data of the heat block, a reduced first order model was established at different operating points. Based on the reduced model, the FVSPID controller combined a feedforward path with the variable structural proportional-integral-derivative (PID) control. The modified feedforward action provided directly the optimal predictive power for the desired setpoint to speed up the dynamic response. To cooperate with the feedforward action, a variable structural PID was applied, where the P mode was used in the case of the largest errors to speed up response, whereas the PD mode was used in the case of larger errors to suppress overshoot, and finally the PID mode was applied for small error conditions to eliminate the steady state offset. Experimental results illustrated that compared to the conventional PID controller, the FVSPID controller can not only reduce the time taken to complete a standard PCR protocol, but also improve the accuracy of gene amplification.

关键词: feedforward variable structural PID controller;polymerase chain reaction;thermal cycling;temperature tracking

Abstract: To track the rapidly changing temperature profiles of thermal cycling of polymerase chain reaction (PCR) accurately, an innovative feedforward variable structural proportional-integral-derivative (FVSPID) controller was developed. Based on the step response test data of the heat block, a reduced first order model was established at different operating points. Based on the reduced model, the FVSPID controller combined a feedforward path with the variable structural proportional-integral-derivative (PID) control. The modified feedforward action provided directly the optimal predictive power for the desired setpoint to speed up the dynamic response. To cooperate with the feedforward action, a variable structural PID was applied, where the P mode was used in the case of the largest errors to speed up response, whereas the PD mode was used in the case of larger errors to suppress overshoot, and finally the PID mode was applied for small error conditions to eliminate the steady state offset. Experimental results illustrated that compared to the conventional PID controller, the FVSPID controller can not only reduce the time taken to complete a standard PCR protocol, but also improve the accuracy of gene amplification.

Key words: feedforward variable structural PID controller, polymerase chain reaction, thermal cycling, temperature tracking