TE Technology TC-48-20 User Manual

Page 25

Advertising
background image

25

3.0 Controller Tuning 

 

This tuning method follows the Ziegler‐Nichols closed‐loop tuning principals. Briefly, the controller will first 
be  set  to  a  high  proportional  bandwidth  setting  with  no  integral  or  derivative  function  (integral  gain  and 
derivative gain = 0).  Then, the bandwidth is gradually decreased until the temperature approaches set point 
and  a  small,  sustained  oscillation  in  temperature  is  observed.    The  other  tuning  parameters  are  then 
readjusted  based  on  the  time  period  of  the  temperature  oscillation  (natural  period)  and  the  proportional 
bandwidth needed to cause this oscillation. 

Improper  tuning  of  this  temperature  controller  can  lead  to  excessive  thermal  cycling  and/or 
overheating of the thermoelectric device, either of which are known to reduce the lifetime of any 
thermoelectric  device.    Care  should  be  taken  to  prevent  the  temperature  of  the  thermoelectric 
device  from  going  beyond  the  range  specified  by  the  device  manufacturer.    Care  should  also  be 
taken  so  that  any  thermal  cycling  of  the  thermoelectric  device  is  a  result  of  changes  in  the 
controller’s set‐point temperature and not instability at a given set point due to improper selection 
of the tuning variables. 

 
3.1

Set the desired control temperature in the SET TEMPERATURE menu. 

3.2

Set the PROPORTIONAL BW to 20. This is just a starting value; the goal is to determine the proportional 
bandwidth at which the temperature of the TE device will first begin to oscillate. The bandwidth needs to 
be adjusted in incremental steps and allow the controller to reach steady state between each adjustment. 
You might be able to start with a smaller bandwidth, depending on the system, thereby reducing the time it 
takes to determine the proper bandwidth for good control stability. 

3.3

Set the INTEGRAL GAIN and DERIVATIVE GAIN to zero. 

3.4

Decrease the PROPORTIONAL BW incrementally, allowing the TE device to reach steady state at each 
increment, until the temperature of the TE device begins to oscillate. The system temperature will usually 
begin to oscillate before it actually reaches the set point temperature; this is normal.  You can decrease the 
bandwidth in initial increments of 5 °C or perhaps even more.  Then, once an initial oscillation is observed, 
increase the bandwidth in small increments until the oscillations are barely detectable. 

Measure the time period of oscillation in minutes. This will be used to determine the INTEGRAL GAIN setting 
below. 

3.5

Multiply the current PROPORTIONAL BW setting by 2.2 and enter this as the new bandwidth. The system 
should now maintain a steady state temperature near the set point. 

3.6

The integral gain is calculated as follows: I = 0.54/T where I is the integral gain and T is the time period, in 
minutes, determined in section 3.4 above. Enter this value in the INTEGRAL GAIN setting. 

3.7

The derivative gain is often times difficult to use and might cause more trouble than it is worth. If you are 
not experience with process control, you might be better off leaving the DERIVATIVE GAIN set to zero. 

If you decide to use derivative gain, the other control parameters should be adjusted first. 

a) Instead of multiplying the initial proportional bandwidth setting by 2.2, multiply it by 1.7, and 
enter this as the new PROPORTIONAL BW setting. 
b) Calculate the integral gain as follows: I = 1.2/T, and enter this into the INTEGRAL GAIN setting. 
c) Calculate the derivative gain as follows: D =0.075 x T, and enter this into the DERIVATIVE GAIN 
setting. 
 

3.8

The control parameters are approximate settings. Further adjustments might be needed. 

 

Tuning Example using proportional bandwidth and integral gain: 

 

A. Suppose that smallest PROPORTIONAL BW setting that causes oscillation was determined to be 2.1 °C. 
 
B. It was then observed that the natural period of this oscillation was 2 minutes. 

 

Advertising
This manual is related to the following products: