半導(dǎo)體激光器TEC溫控實(shí)驗(yàn)

溫度對半導(dǎo)體激光器的特性有很大的影響.為了使半導(dǎo)體激光器輸出功率穩(wěn)定,必須對其溫度進(jìn)行高精度的控制.TEC-10A利用PID模糊控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)了溫控系統(tǒng),控制精度達(dá)到0.0625℃,與無PID控制網(wǎng)絡(luò)相比,極大的提高了系統(tǒng)的瞬態(tài)特性,并且試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)TEC-10A采用帶有溫控系統(tǒng)的半導(dǎo)體激光器的輸出功率穩(wěn)定性比沒有溫控系統(tǒng)的輸出功率得到顯著改善。

TEC-10A使用上位機(jī)軟件，獲得數(shù)據(jù)如下:

圖1 目標(biāo)溫度設(shè)定為60度的加熱曲線圖

TEC-10A模糊自適應(yīng)PID 算法比傳統(tǒng) PID 算法具有更小的溫度過沖和更高的控溫精度，精度為±0.0625℃，達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間小于 70s。

TEC-10A的“模糊控制理論”是由美國加利福尼亞大學(xué)教授 L.A.Zadeh 于 1965 年首先提出的，至今只有 40 余年的時(shí)間，它屬于智能控制的范疇。那么到底什么是模糊控制？其實(shí)模糊控制是一種被精確定義的特殊的非線性控制，它利用類似人類的啟發(fā)式知識對系統(tǒng)進(jìn)行控制。模糊控制的基本原理框圖如下圖所示。

圖2 模糊算法

首先建立模糊規(guī)則

根據(jù)上面的輸入量的模糊化，確定了誤差及誤差變化的模糊集合，下面將建立模糊規(guī)則。模糊控制規(guī)則主要有兩種形式：一種是經(jīng)驗(yàn)歸納法，一種是采用數(shù)學(xué)的推理合成法。經(jīng)驗(yàn)歸納法是根據(jù)操作者對控制經(jīng)驗(yàn)的整理、加工而形成的控制規(guī)則，雖然具有主觀臆斷，但其中必須經(jīng)過對客觀事實(shí)的合理歸納而形成。下面的表就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)歸納法總結(jié)的模糊控制規(guī)則表。

下面是一些簡單的一維和二維控制形式：

“如果 A，那么 B” （IfAThen B）；例如，如果激光器的溫度很高，那么快速降溫。

“如果 A，那么 B，否則 C” （If A Then B Else C）；例如，如果激光器溫度很低，那么快速加熱，否則緩慢加熱。

“如果 A 且 B，那么 C”（If A And B Then C）。例，如果激光器溫度很高且溫度下降很慢，那么快速加熱。

在實(shí)際操作中第三種形式較常見，“A”為偏差e，“B”為偏差變化量Ec。

TEC-10A的尺寸也是比較小的，如下圖所示：

圖3 TEC-10A具有較小尺寸

 TEC-10A是一款高功率密度的TEC溫度控制器，額定工作負(fù)載5A，峰值電流可達(dá)10A。此溫度控制器可以連接專用調(diào)試器來進(jìn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)，參數(shù)調(diào)節(jié)完畢并保存后，撤去調(diào)試器，此溫度控制器仍可以獨(dú)立工作?？梢酝ㄟ^專用RS232調(diào)試線和電腦進(jìn)行通訊，以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置和溫度監(jiān)視，以及進(jìn)行溫度程控，是半導(dǎo)體激光器控溫的好伴侶，