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基于模糊PID控制理论的半导体激光器温控系统的研究
资料介绍
半导体激光器(LD)广泛用于干涉测量、全固态激光器(DPSSL)等领域。众所周知,温度对LD的输出波长有很大影响,研究结果表明:温度每变化1℃,LD的中心波长漂移约0.3nm。因此,严格控制LD的工作温度很有必要。本文以中小功率LD的温度为研究对象,以MCS-51系列单片机作为控制器,采用半导体制冷器(TEC)作为温度控制的执行元件,研制了一种高稳定度LD温度控制系统。论文主要包括以下五方面内容:第一,分析了温度对LD输出特性的影响,介绍了LD温度控制技术的研究现状。第二,提出了基于自动控制理论的LD温度控制系统研究方案,并对该方案进行了可行性分析。第三,以模糊PID控制理论为基础,设计了模糊PID控制器作为LD温度控制系统的核心,其设计方法是:首先,以临界比例度法确定PID参数的初始值;其次,以LD设定温度与测量温度之间的偏差和偏差变化作为控制器的输入,根据PID各个参数与偏差和偏差变化率之间的模糊关系,利用模糊控制原理实时调整PID控制中的比例系数、积分时间和微分时间;最后,输出数字控制量并经D/A转换、功率放大后驱动TEC工作,从而达到控制激光器工作温度的目的。第四,设计了硬件系统和软件系统,并进行了系统的抗干扰设计。第五,建立了LD温度控制实验系统,用该系统对输出功率为1W的LD进行了温度控制实验研究。研究结果表明:LD的温度在10℃～40℃温控范围内可以任意设定,控温稳定度优于0.2℃,调节时间大约是3分钟。
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