半导体致冷器在环境温度变化大，热传导不稳定，温度调节时间要求快等恶劣条件下工作时具有复杂的热电．特性，基于小信号线性化方法得出了半导体致冷器在复杂环境下的线性动态模型，推导结果表明该模型有两个极点和一个零点，并且模型随工作条件的变化而变化．基于平均意义上的动态模型，采用模糊自适应PID控制算法和脉宽调制技术设计了半导体致冷器冷端的温度控制系统．阶跃反应表明该温度控制系统具有良好的动态性能和稳态品质，并具有良好的抗干扰特性，制冷10％的时间约为70s，稳态误差非常小，达到0．1℃．在简单环境下工作．其温度控制效果优于0．1℃．实验亦表明该温度控制系统在常温环境下，最大制冷温度与环境温度之差达到23℃，且随着控制温度的降低，阶跃反应的时间也越来越长，主要是和半导体致冷器的制冷效率、热沉的散热功率和半导体致冷器的供电电流饱和有关．