本文選題：半導(dǎo)體激光器 + FPGA��； 參考：《湖北工業(yè)大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：為了實現(xiàn)對半導(dǎo)體激光器溫度的高精度控制,利用熱電制冷器、熱敏電阻與相應(yīng)的散熱裝置,結(jié)合可編程邏輯門陣列(Field㧟Programmable Gate Array,FPGA)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺,設(shè)計了一套半導(dǎo)體激光器溫度控制實驗系統(tǒng)。具體涉及到的研究內(nèi)容包括如下:首先,提出了一種基于時間常數(shù)測量熱敏電阻阻值來實現(xiàn)溫度測量的方法,并充分利用FPGA的硬件邏輯功能,實現(xiàn)了寬范圍高精度的溫度檢測。實際的測量范圍為10°C~50°C,在覆蓋有效利用范圍內(nèi)測量分辨率達到0.0031°C。其次,應(yīng)用熱力學(xué)分析方法,對實驗系統(tǒng)進行了理論分析,建立了該溫控實驗系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型與相應(yīng)的傳遞函數(shù)。在取得了半導(dǎo)體激光器溫度數(shù)據(jù)的條件下,根據(jù)模型參數(shù)的特點,提出了一種結(jié)合階躍響應(yīng)實驗曲線,應(yīng)用非線性曲線最小二乘擬合進行模型參數(shù)的辨識方法。在此基礎(chǔ)上,利用模型參數(shù)進行了系統(tǒng)仿真。仿真擬合結(jié)果與實驗結(jié)果的比對表明:仿真擬合曲線與實驗曲線結(jié)果一致,擬合的模型參數(shù)具有較高的預(yù)測精度。這些結(jié)論的模型參數(shù)為進一步溫度控制算法所涉及的參數(shù)優(yōu)化提供了理論依據(jù)。最后,在結(jié)合傳統(tǒng)比例㧟積分㧟微分溫度控制方法的基礎(chǔ)上,根據(jù)熱電制冷器溫度控制非對稱性的特點,提出了一種熱平衡開關(guān)式制冷制熱的方法。按照此方法改進了熱電制冷器驅(qū)動方式,針對不同環(huán)境與目標(biāo)溫度,設(shè)置了兩種不同的工作模式。在不同工作模式下,提出了一種結(jié)合砰㧟砰控制和PID控制溫度的方案,利用砰㧟砰控制的特點實現(xiàn)溫控系統(tǒng)快速響應(yīng)。同時,結(jié)合特征辨識的模型參數(shù),利用數(shù)字PID算法實現(xiàn)溫度的微調(diào)整。實驗結(jié)論與理論分析驗證了,在熱平衡開關(guān)制冷制熱的方法下,結(jié)合砰㧟砰控制和PID控制的溫度控制方案的可行性,溫度控制精度優(yōu)于±0.025°C。
[Abstract]:In order to control the temperature of semiconductor laser with high precision, the embedded system development platform is developed by using thermoelectric cooler, thermistor and the corresponding heat dissipation device, combining with the programmable logic gate array (FPGA), the programmable gate array (PLGA) and the programmable gate array (FPGA). An experimental system for temperature control of semiconductor lasers is designed. The specific research contents are as follows: firstly, a method of temperature measurement based on time constant measurement of thermistor resistance is proposed, and the hardware logic function of FPGA is fully utilized to realize wide range and high precision temperature detection. The actual measurement range is 10 擄C ~ (50 擄C) and the resolution is 0.0031 擄C within the range of effective use. Secondly, the thermodynamic analysis method is used to analyze the experimental system theoretically, and the mathematical model and the corresponding transfer function of the temperature control experimental system are established. Under the condition that the temperature data of semiconductor laser are obtained and according to the characteristics of the model parameters, a method of identifying the model parameters by using the least square fitting of the nonlinear curve is proposed, which combines the experimental curve of step response. On this basis, the model parameters are used to simulate the system. The comparison of the simulation results with the experimental results shows that the simulated fitting curve is consistent with the experimental curve, and the fitted model parameters have high prediction accuracy. The model parameters of these conclusions provide a theoretical basis for the optimization of the parameters involved in the further temperature control algorithm. Finally, in combination with traditional proportions? Points? On the basis of the differential temperature control method, according to the characteristics of temperature control asymmetry of thermoelectric chiller, a heat balance switch refrigeration heating method is proposed. According to this method, the driving mode of thermoelectric cooler is improved, and two different working modes are set for different environment and target temperature. In different working modes, a combined bang? Pop control and PID control temperature scheme, using bang? The characteristic of bang control realizes the quick response of temperature control system. At the same time, the digital PID algorithm is used to realize the micro-adjustment of temperature in combination with the model parameters of feature identification. The experimental results and theoretical analysis verify that, under the method of heat balance switch refrigeration and heating, combined with bang? The temperature control scheme of bang control and PID control is feasible, and the precision of temperature control is better than 鹵0.025 擄C.
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248.4

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本文編號：1915652