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半导体激光器温度控制系统的研究

作 者: 张卓
导 师: 袁峰
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 仪器科学与技术
关键词: 温度控制 铂电阻 模糊PID控制 ARM
分类号: TP273
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 313次
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内容摘要


目前,半导体激光器(LD)广泛应用于科研、国防、工业等领域中。当LD用于精密仪器时,自身产生的热量严重影响着LD的输出特性(如LD输出波长随温度的漂移),进而影响仪器的精度,此时就需要对LD的温度变化进行严格控制。本课题的控制对象是中小功率LD的温度,采用铂电阻作为温度传感器,利用无污染、制冷效果显著的制冷器件—半导体制冷器作为系统执行元件,设计了一款基于ARM7(LPC2214)的温度测量和控制系统,其具有体积小、处理能力强、接口丰富、成本低、测温精度高,温度控制精确等特点。整个系统由三个模块组成,包括温度测量模块、微处理器模块和温度控制模块。本文首先介绍了温度测量及控制的发展现状,然后对系统的硬件和软件控制进行了设计。模糊PID算法不但具有鲁棒性好、动态响应好、上升时间快和超调小的特点,又具有PID算法的动态特性、品质和稳态精度。因此在温度控制器设计中,采用PID参数模糊自整定复合控制算法,可以实现PID参数的在线自调整,进一步完善了PID控制的自适应性能。最后,验证了系统控温功能,实验证明该方法对温度控制具有较好的控制效果,仿真所建立的恒温系统的温度波动性小于±0.05°C。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外的研究现状  9-11
    1.2.1 温度控制方法介绍  9-10
    1.2.2 半导体激光器温控系统研究现状  10-11
  1.3 嵌入式系统发展现状  11-12
  1.4 半导体制冷器发展现状  12-13
  1.5 课题主要研究内容  13-14
第2章 系统分析与总体设计  14-20
  2.1 半导体制冷器工作原理  14-15
  2.2 温控系统结构选择  15-16
  2.3 温控系统总体方案  16-17
  2.4 恒温阱设计及恒温阱数学模型的建立  17-19
    2.4.1 恒温阱设计  17-18
    2.4.2 恒温阱数学模型的建立  18-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章 温度控制系统硬件设计  20-34
  3.1 温度采样电路  20-23
    3.1.1 铂电阻特性  20-21
    3.1.2 信号采集及转换电路  21-23
  3.2 D/A转换电路  23-24
  3.3 半导体制冷器驱动电路  24-26
  3.4 主控制电路  26-33
    3.4.1 LPC2214 简介  26-27
    3.4.2 LPC2214 处理器的外围电路  27-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章 温控系统软件设计  34-47
  4.1 经典PID控制理论  34-36
  4.2 模糊控制  36-40
    4.2.1 模糊控制基本概念  36-37
    4.2.2 模糊控制基本结构  37-38
    4.2.3 模糊控制器的设计  38-40
  4.3 模糊PID控制  40-43
  4.4 软件设计  43-46
    4.4.1 温度控制任务的分配  43-44
    4.4.2 系统软件流程  44-45
    4.4.3 使用串行口通讯的上位机程序  45-46
  4.5 本章小结  46-47
第5章 仿真与实验数据处理  47-55
  5.1 算法仿真比较  47-51
  5.2 温控波动性仿真实验  51-53
  5.3 实际温控实验  53-54
  5.4 本章小结  54-55
结论  55-56
参考文献  56-60
致谢  60

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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