基于先进控制的基因芯片微点阵仪自动控制系统研究

摘要

基因芯片(DNA Chip)又称DNA芯片、DNA微阵列等等，是伴随人类基因组计划而产生的，是近年来分子生物学及医学诊断技术的重要进展。该技术的突出特点在于其高度的并行性、多样化、微型化、自动化，被认为是生命科学研究中继基因克隆技术、基因自动测序技术、PCR技术后的又一次革命性的技术突破。 为顺应基因研究发展趋势，要求开发出点样密度更高、自动化程度更强、生物化学功能更多、相关费用更低的芯片点样仪系统。自主开发该设备不仅可极大地降低成本，而且在性能上可进一步完善提高。具有更高性能和更低价格的微点阵仪有助于提高我国基因芯片产品的开发水平和市场竞争力。 本文首先介绍基因芯片及微点阵仪控制系统的发展现状，而后介绍了微点阵仪运动控制系统的设计和环境控制系统的设计。本文所作的主要工作如下： (1)对芯片上点阵的布局自动生成优化点样路径，针对不同的基因芯片、不同针数可自动计算出点阵过程的最短路径，极大地提高了点样速度。 (2)为了广泛适应不同规格芯片的点阵，设计了完善的基因芯片点阵编辑功能，由用户输入芯片规格信息，然后由点阵设计子系统翻译成运动控制子系统所需的运动控制参数，同时实现点样路径的预览。 (3)温度控制的执行机构采用半导体制冷器，通过改变电流方向可实现制冷和加热的双重控制，并且具有体积小、重量轻、寿命长、无噪音、无污染等特点。(4)采用递推最小二乘法对点阵仪环境过程系统建立数学模型，基于模型设计了广义预测控制(GPC)对点阵仪环境过程进行控制，克服了系统的大滞后、大干扰等控制难点，提高了稳定性、鲁棒性和控制精度。(5)采用不依赖于模型的自抗扰(ADRC)控制方案对点阵仪环境过程进行控制，同样能够克服系统的大滞后、大干扰，提高了稳定性、鲁棒性和控制精度，取得了很好的控制效果。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第二章 先进控制方法

第三章 系统的硬件结构设计

第四章 系统软件设计

第五章 运行结果

第六章 总结和展望

参考文献

攻读博士学位期间从事和完成的工作

致谢