基于DSP的某激光器温度控制系统设计与研究

发布时间：2020-10-19 15:08

　　 随着半导体技术的发展,半导体激光器应运而生,它是一种尺寸小、效率高、功耗低、可靠性好、使用寿命长的新型激光器,广泛应用于现代工业、医学、国防军事等领域。但半导体激光器的性能极易受温度变化影响,如果在实际使用中不能严格控制其工作温度,不但会对半导体激光器的输出功率、波长等造成影响,还会影响其使用寿命。因此研发一套能够对半导体激光器温度进行控制的测控系统,保证半导体激光器在设定条件下正常工作具有一定的现实意义。基于此,本文设计了一个以DSP为主控制核心的半导体激光器温度控制系统。按其设计流程可以分为系统方案设计、系统控制算法设计、系统硬件电路设计、系统软件设计及系统调试五大部分内容。在方案设计中,系统控制方式采用控制精度更高的闭环控制;温度传感器采用铂热电阻Pt100,其接线方式为四线制;A/D转换采用DSP自带的12位ADC转换器;温度加热执行元件采用陶瓷加热片,由功率开关驱动完成温度控制。论文通过对PID控制和模糊控制算法的研究与分析,设计出了符合本系统控制要求的模糊PID控制算法;根据热平衡原理建立了系统的数学模型;并在Simulink仿真环境中进行了系统仿真,验证了该算法的可行性。本设计以美国德州仪器(TI)公司的DSP数字芯片TMS320F2808为控制核心,结合温度传感器Pt100与加热元件陶瓷加热片设计了系统的硬件电路,主要包括DSP外围电路、温度采集电路、功率开关驱动电路以及CAN通信模块电路等。在硬件电路的基础上,结合LabVIEW虚拟仪器与CCS开发环境完成了系统软件设计,上位机采用虚拟仪器LabVIEW实现了系统的温度数据采集及界面显示,下位机采用CCS软件实现了系统的数据采集、模糊PID控制算法、CAN通信以及PWM控制信号输出等功能。在完成系统软硬件设计后,搭建了系统测试平台,验证了系统的可靠性。对系统进行了反复测试,测试结果表明,系统能在300s之内达到目标温度且比较稳定,系统的稳态波动范围不超过0.2℃,完全符合设计要求。
【学位单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP273;TN248.4
【部分图文】：

图 2-1 系统总体结构框图1 所示，该系统的控制核心为 TI 公司的 C2000 系列的 TMS32铂热电阻 Pt100 将测得的激光器的温度通过 A/D 转换模块送入根据采集到的半导体激光器实际温度和设定温度的差值，采用

图 2-2 开环控制系统结构框图制系统的输出和输入之间存在一个反馈环节，所以系统的输出量，故又将其称为反馈控制系统。控制系统根据输出量与设定量的算得到一个控制量，然后利用该控制量驱动执行机构对受控对象

图 2-3 闭环控制系统结构框图馈环节环节的引入使闭环控制系统具有更高的控制精度，控制时间也相应此闭环控制适用于控制精度高、响应时间快、稳定性要求高的系统。综合控制精度、控制时间和控温范围的要求，最后选择闭环控制系统作为本次式。
【参考文献】

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本文编号：2847370