学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

激光直写机的光功率控制系统研究与设计

作 者: 吕云飞
导 师: 蒋秀珍
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 激光直写 声光调制器 光功率稳定 PID
分类号: TN249
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 63次
引 用: 0次
阅 读: 论文下载
 

内容摘要


激光直写技术是制作二元光学元件的一种重要方法。在制作过程中,用于刻蚀的激光,其功率的稳定程度对于加工元件的质量十分重要。然而激光器受很多外界因素的影响,导致输出功率会产生漂移,这直接影响了被刻蚀的细微图形质量。因此必须对激光输出光功率进行控制,以达到稳定功率输出并且连续可调。以声光调制器(AOM)作为执行器的系统能够很好的解决这一技术难题。在分析了AOM的性能和特点的基础上,选择了适合系统的AOM,并在MATLAB环境下,成功辨识出AOM的数学模型,然后借助SIMULINK工具箱,设计出PID控制系统的仿真模型。在以上理论分析的基础上,设计了光功率闭环控制系统,系统采用采样+1级衍射光控制+1级的方式,衍射光经过光电转换变成电信号,再经过放大滤波,输入到以现场可编程门阵列(FPGA)为主芯片的板卡上,经过运算处理,输出给AOM的驱动器以控制衍射光光功率,使得系统在激光器有较大噪声输出时,也能保证光功率稳定并连续可调。采用FPGA实现PID控制器,实际上是利用数字逻辑电路来完成PID控制。本文在分析FPGA设计结构类型和特点的基础上,提出一种基于FPGA的、改进型并行结构的PID控制器设计方法,这种方法可以有效的减少逻辑运算,加快运算速度。实验结果表明,通过闭环控制的系统,+1级衍射光光功率的最大偏差量为0.008mw,随时间的稳定度S t= 0.399%。系统的调整时间约为300μs,比受控前提高了近3倍。论文对整个系统的硬件设计、改进型并行结构的PID控制器设计、串口通信程序、光功率稳定性实验等都进行了详细的论述。最后,总结了论文的研究工作,分析了设计存在的几点不足并提出了进一步优化设计的一些方法。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-17
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外激光直写技术的研究现状  10-14
    1.2.1 国外激光直写技术的发展现状  10-13
    1.2.2 国内激光直写技术的发展现状  13-14
  1.3 光功率控制技术的发展现状  14-15
  1.4 课题的来源及研究内容  15-17
第2章 总体方案  17-23
  2.1 引言  17
  2.2 激光直写系统总体方案  17-18
  2.3 光功率控制系统  18-22
    2.3.1 光功率控制方法介绍  18-21
    2.3.2 光功率控制方案选择  21
    2.3.3 光功率控制系统总体方案  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第3章 声光调制器的基本原理及控制系统仿真  23-35
  3.1 引言  23
  3.2 声光调制器的基本原理  23-27
    3.2.1 振荡频率与衍射方向的关系  23-24
    3.2.2 衍射光光功率与调制电压之间的关系  24-26
    3.2.3 声光调制器的选择  26-27
  3.3 声光调制器的系统辨识  27-32
  3.4 控制系统仿真设计  32-33
  3.5 本章小结  33-35
第4章 光功率控制系统设计  35-41
  4.1 引言  35
  4.2 光电转换电路  35
  4.3 A/D转换电路  35-37
  4.4 D/A转换电路  37
  4.5 RS-232 接口电路  37-38
  4.6 其它辅助电路  38-40
  4.7 本章小结  40-41
第5章 软件设计  41-50
  5.1 引言  41-42
  5.2 PID控制算法  42-46
    5.2.1 PID控制算法原理  42-44
    5.2.2 PID算法在FPGA中的实现  44-46
  5.3 串口通信的实现  46-49
  5.4 本章小结  49-50
第6章 实验测试及结果  50-56
  6.1 引言  50
  6.2 激光器输出光功率漂移测定实验  50
  6.3 +1 级衍射光稳定性实验  50-52
  6.4 声光调制器输入输出关系测量实验  52-54
  6.5 引入控制系统的+1 级衍射光稳定性实验  54-55
  6.6 引入控制系统的+1 级衍射光的阶跃响应  55
  6.7 本章小结  55-56
结论  56-57
参考文献  57-61
附录1 实验数据  61-63
附录2 实验装置实物图  63-65
附录3 电路板实物图  65-67
致谢  67

相似论文

  1. 基于DSP的离焦信号同步采集与处理技术研究,TH741
  2. 船用舵机电液伺服单元单神经元PID控制,U666.152
  3. 激光光束偏转设备的机电控制系统设计,TM301.2
  4. 半导体激光器热电控制技术研究,TN248.4
  5. 涵道式无人飞行器系统的建模与控制策略研究,V249.122
  6. 半导体激光器温度控制系统的研究,TP273
  7. 压电驱动微工作台的控制与校正技术研究,TP273
  8. 伺服转台温控箱控制系统设计与研究,TP273
  9. 基于模糊整定PID的海浪运动模拟试验台控制系统设计,TP273.4
  10. 基于神经网络辨识的同步发电机励磁控制研究,TM31
  11. 多层共挤流涎成形过程温度控制技术研究,TQ320.721
  12. 中密度板纤维干燥系统与PLC控制系统设计,TP273
  13. 无刷直流电动机及其控制系统,TM33
  14. 基于DSP的直线电机制冷控制器的研制,TM359.4
  15. 大型耙吸挖泥船动力定位控制算法研究,U674.31
  16. 基于控制方法的粒子群算法改进及应用研究,TP301.6
  17. 污水处理工艺过程计算机监控系统设计,TP277
  18. 两轮电动车自平衡控制算法的研究,TP273
  19. FPGA在低压SVG中的应用,TN791
  20. 电渣炉过程控制系统的设计及优化控制,TP273

中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光的应用
© 2012 www.xueweilunwen.com