基于遗传优化的模糊PID-Smith算法在LD温控系统中的研究

发布时间：2017-07-02 03:15

  本文关键词：基于遗传优化的模糊PID-Smith算法在LD温控系统中的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：半导体激光器(Laser Diode)的应用十分广泛,在工业生产和技术方面的应用如光纤通信、激光打印机、高清晰度激光电视等;在医疗和生命科学方面的应用如激光手术治疗、激光动力学治疗、生命科学研究等;在军事方面的研究应用如激光引信、激光制导、激光雷达等。而温度对LD的阈值电流、输出功率、波长等的影响很大,温度在100K以上时,阈值随T的三次方增长,因此研究设计一套控温精度高,稳定性好,价格低廉的LD温控系统是十分有必要的。本文设计一套基于ARM微控制器的LD温控系统,由于加热制冷过程的复杂性以及温度检测装置的导热速率等结构原因,使得被控对象存在大延时,非线性等现象,因此本文提出一种遗传优化的模糊PID-Smith算法,利用MATLAB仿真软件对其进行了模拟仿真,以及和传统的PID算法、模糊自适应PID算法进行了对比,通过仿真结果,可以得出使用了经过遗传优化的模糊PID-Smith算法具有超量小,调节时间短,控制精度高,能对控制器参数在线调整,同时具有Smith预估等优点。LD温控系统主要由两部分组成,硬件电路设计与软件设计。硬件采用Altium Designer软件进行原理图和PCB的设计,该软件具有布局前和布局后的信号完整性分析功能,使用信号完整性分析器能产品准确的仿真结果。系统以ST公司的STM32F103RCT6作为控制核心,温度感知元件采用PT100铂热电阻,加热制冷执行机构采用TEC热电制冷器,软件采用Real View MDK5开发平台进行开发,通过串口进行调试下载,并且留出串口线,方便后续升级与改进。通过对整个控制系统的测试与性能分析,试验结果表明,该系统的控温精度为0.1度,温控范围10度—50度。本文设计的LD温控系统具有控温精度高,架构简单,模块之间的耦合性低,方便升级与维护,硬件成本低,能满足控制要求。
【关键词】：LD 热电制冷器 模糊自适应PID-Smith 遗传算法 模糊控制
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;TN248.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-12
• 1.1 研究背景及意义8
• 1.2 国外研究进展8-9
• 1.3 国内研究进展9-10
• 1.4 研究内容10-12
• 第2章 半导体激光器温控方案设计12-15
• 2.1 开环控制12
• 2.2 闭环控制12-13
• 2.3 LD温控方案13-14
• 2.4 本章小结14-15
• 第3章 系统的控制算法及仿真15-28
• 3.1 系统数学建模15-16
• 3.2 传统PID算法16-18
• 3.3 自适应模糊PID-Smith算法18-21
• 3.4 基于遗传的自适应模糊PID-Smith算法21-24
• 3.5 实验结果与分析24-27
• 3.6 本章小结27-28
• 第4章 系统的设计与硬件实现28-39
• 4.1 系统整体方案设计28-29
• 4.2 温度采集单元29-31
• 4.2.1 PT100恒流源电路设计29-30
• 4.2.2 信号调理电路30-31
• 4.3 显示模块设计31-33
• 4.4 处理器单元模块设计33-36
• 4.4.1 微处理器STM32F103RCT633-34
• 4.4.2 微处理器控制模块硬件电路设计34-36
• 4.5 TEC热电制冷器及驱动模块设计36-38
• 4.5.1 TEC半导体制冷器36-37
• 4.5.2 TEC驱动电路设计37-38
• 4.6 本章小结38-39
• 第5章 LD温控器软件设计39-46
• 5.1 温度采集程序设计40-41
• 5.2 温度数据模糊处理程序设计41-43
• 5.3 OLED显示程序设计43-45
• 5.4 本章小结45-46
• 第6章 试验结论与分析46-50
• 6.1 试验相关器材46
• 6.2 试验数据分析46-50
• 第7章 总结与展望50-52
• 7.1 总结50
• 7.2 展望50-52
• 参考文献52-54
• 致谢54-55
• 附录A 在校期间发表的学术论文与研究成果55

  本文关键词：基于遗传优化的模糊PID-Smith算法在LD温控系统中的研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：508399