基于DSP的半導(dǎo)體激光精密控制方法研究.pdf

1、由于半導(dǎo)體激光器具有尺寸小、重量輕、低電壓驅(qū)動(dòng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因而其在光譜分析、激光醫(yī)學(xué)、精密測(cè)量以及新型全固態(tài)激光等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而，它對(duì)工作溫度及驅(qū)動(dòng)電流非常敏感，它們的波動(dòng)會(huì)對(duì)其輸出光特性參數(shù)產(chǎn)生影響，并有可能直接危及器件的安全使用。 運(yùn)用單片機(jī)對(duì)半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體激光器可靠的自動(dòng)軟保護(hù)以及對(duì)半導(dǎo)體激光系統(tǒng)輸出光功率的控制，并獲得很強(qiáng)的噪聲抑制能力。 由于采用數(shù)字控制技術(shù)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)

2、純模擬驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能上的不足，可有效避免人為操作不當(dāng)或其他客觀因素造成昂貴的激光器件的破壞損耗，但是，由于單片機(jī)本身性能有限（如轉(zhuǎn)換精度不高，指令執(zhí)行時(shí)間長(zhǎng)等），無(wú)法處理復(fù)雜的運(yùn)算，不能快速的響應(yīng)系統(tǒng)要求。因此本課題引進(jìn)DSP 對(duì)半導(dǎo)體激光器驅(qū)動(dòng)電源及溫度進(jìn)行精確控制。 在設(shè)計(jì)制作了高穩(wěn)定的、具有各種保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)電路的前提下，本系統(tǒng)選用TI 公司的DSP 芯片TMS320F2812 作為控制核心，用MOS 橋電路驅(qū)動(dòng)TEC 熱電

3、模塊，避免了直流放大帶來(lái)的影響。在信號(hào)處理方面，借助DSP 實(shí)時(shí)處理迅速、處理數(shù)據(jù)量大的優(yōu)點(diǎn)，首先設(shè)計(jì)了一個(gè)FIR 帶阻濾波器實(shí)現(xiàn)電流濾波，從該濾波器的相頻響應(yīng)曲線可以看出，濾波器輸入和輸出波形只有時(shí)間上的延遲，沒(méi)有波形畸變，因而不存在延遲失真；其次，為實(shí)現(xiàn)電流精密穩(wěn)定控制，采用一種新的自整定智能PID 優(yōu)化算法，由于它只識(shí)別被控特性的某些特征參數(shù)，不受被控對(duì)象模型階數(shù)的限制，從而減小了計(jì)算量，增強(qiáng)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，并且避免了閉環(huán)可識(shí)別性

4、以及模型偏移問(wèn)題；最后，系統(tǒng)采用Fuzzy-PID 對(duì)溫度進(jìn)行控制，它既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有PID 控制精度高的特點(diǎn)，通過(guò)判斷實(shí)際溫度與設(shè)定溫度差值的大小來(lái)決定是否進(jìn)入PID 控制，不但加快了達(dá)到設(shè)定溫度的時(shí)間，而且解決了對(duì)無(wú)精確數(shù)學(xué)模型、溫度量滯后系統(tǒng)的精密控制。采用DSP控制的半導(dǎo)體激光驅(qū)動(dòng)電源，依靠DSP 強(qiáng)大的運(yùn)算能力，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)單片機(jī)不能實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)處理任務(wù)，而且調(diào)節(jié)更為穩(wěn)定，響應(yīng)更為迅速。 本系統(tǒng)