基于模糊PID控制理论的半导体激光器温控系统设计

摘  要
本文以模糊PID控制理论为基础，设计了LD温度控制系统。模糊PID控制器设计方法是：先以临界比例度法确定PID参数的初始值；再以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。
关键词：半导体激光器,温度控制,模糊PID控制, Laser diode(LD),temperature control,fuzzy-PID control

ABSTRACT
In this article, the fuzzy PID controller is designed based on the fuzzy PID control theory. The design process is as follows: Above all, the method of critical proportional band is used to get the initial value of parameters of digital PID. Then the temperature deviation and its change rate of LD are input to the controller, the three parameters of digital PID, which are proportional coefficient, integral and differential time, are modified real-time according to the fuzzy relationship. Finally, the digital controlled quantum can be produced, D/A converted, power-amplified to drive the TEC element, thus the purpose of controlling LD temperature is achieved.
Key words：Laser diode(LD)；temperature control,；fuzzy-PID control

引  言
激光器的发明无疑是科学史上最伟大的发明之一，激光器在现代科研、国防、工业等领域有着广泛的应用。但是激光器性能易受温度影响，因此当激光器作为高精度仪器使用时，必须对其温度加以严格控制。
传统的LD温度控制方法有PID控制、模糊控制等，虽然PID控制原理简单，调节精确，但快速性不理想。Fuzzy控制算法具有无需建立被控对象的数学模型，对非线性、时变性系统具有一定的适应能力及快速性好的优点，但难以达到较高的控制精度。因此将二者结合，构建Fuzzy-PID复合控制策略，将能更加有效的对LD温度进行控制，同时推动LD的更广泛应用。
模糊PID控制技术就目前的状况来看，尚缺乏重大的突破，因此模糊PID控制无论在理论和应用上都有待于进一步的深入研究和探讨。
由此，本文基于模糊PID理论设计了LD激光器温控系统。

本课题的主要研究工作
本文主要研究工作包括以下几个方面：
（1）分析温度对LD输出特性的影响,介绍了LD温度控制器的研究现状；
（2）介绍模糊PID控制理论；
（2）基于模糊PID控制理论，详细介绍模糊PID控制器的设计；
（3）设计LD温度控制系统。

目  录  19000字
中文摘要 I
英文摘要 I
引言 1
1绪论 2
1.1温度对LD特性的影响 2
1.2 常用温度控制系统 3
1.2.1 开环控制系统 3
1.2.2 闭环控制系统 3
1.3  LD温度控制器的研究现状 3
1.4 本课题的主要研究工作 4
2 模糊PID控制理论 5
2.1 模糊控制 5
2.1.1 模糊控制概述 5
2.1.2 模糊控制系统 5
2.1.3 模糊控制器结构 6
2.1.4 模糊控制的特点 7
2.2  PID控制 7
2.2.1  PID控制原理 7
2.2.2 数字PID控制及其实现方法 8
2.3 模糊PID控制 10
3 模糊PID控制器的设计 11
3.1 模糊控制器的结构选择 11
3.2 模糊规则的确定 11
3.2.1 确定语言变量 11
3.2.2 确定语言值的隶属度函数 12
3.2.3 建立模糊控制规则 14
3.3 模糊推理和模糊判决 15
4  LD温度控制系统硬件实现 18
(毕业设计:www.2bysj.cn)
4.1 温度检测电路 18
4.1.1 温度传感器与铂热电阻 18
4.1.2 温度检测电路设计 19
4.2 温度信号的采集、控制与显示电路 20
4.2.1  A/D转换电路 20
4.2.2  D/A转换电路 21
4.2.3 显示电路 22
4.3  TEC驱动电路 23
4.3.1  TEC的工作原理 23
4.3.2 TEC驱动电路设计 24
结论 26
致谢 27
参考文献 28