基于dsp的半导体激光精密控制方法研究（可复制论文）.pdf

南昌航空大学
硕士学位论文
基于DSP的半导体激光精密控制方法研究
姓名:娄爱珍
申请学位级别:硕士
专业:@
指导教师:邹文栋
20070601
南昌航空大学硕士学位论文摘要
题目:基于 DSP 的半导体激光精密控制方法研究
作者:娄爱珍
导师:邹文栋教授
学位:硕士
学校:南昌航空大学
摘要
由于半导体激光器具有尺寸小、重量轻、低电压驱动、寿命长等优点,因而
其在光谱分析、激光医学、精密测量以及新型全固态激光等领域的应用越来越广
泛。然而,它对工作温度及驱动电流非常敏感,它们的波动会对其输出光特性参
数产生影响,并有可能直接危及器件的安全使用。
运用单片机对半导体激光驱动电源进行控制,实现对半导体激光器可靠的自
动软保护以及对半导体激光系统输出光功率的控制,并获得很强的噪声抑制能力。
由于采用数字控制技术,弥补了传统纯模拟驱动系统性能上的不足,可有效避免
人为操作不当或其他客观因素造成昂贵的激光器件的破坏损耗,但是,由于单片
机本身性能有限(如转换精度不高,指令执行时间长等),无法处理复杂的运算,
不能快速的响应系统要求。因此本课题引进 DSP 对半导体激光器驱动电源及温度
进行精确控制。
在设计制作了高稳定的、具有各种保护功能的驱动电路的前提下,本系统选
用 TI 公司的 DSP 芯片 TMS320F2812 作为控制核心,用 MOS 桥电路驱动 TEC 热
I
南昌航空大学硕士学位论文摘要
电模块,避免了直流放大带来的影响。在信号处理方面,借助 DSP 实时处理迅速、
处理数据量大的优点,首先设计了一个 FIR 带阻滤波器实现电流滤波,从该滤波
器的相频响应曲线可以看出,滤波器输入和输出波形只有时间上的延迟,没有波
形畸变,因而不存在延迟失真;其次,为实现电流精密稳定控制,采用一种新的
自整定智能 PID 优化算法,由于它只识别被控特性的某些特征参数,不受被控对
象模型阶数的限制,从而减小了计算量,增强了系统的实时性,并且避免了闭环
可识别性以及模型偏移问题;最后,系统采用 Fuzzy-PID 对温度进行控制,它既具
有模糊控制灵活而适应性强的优点,又具有 PID 控制精度高的特点,通过判断实
际温度与设定温度差值的大小来决定是否进入 PID 控制,不但加快了达到设定温
度的时间,而且解决了对无精确数学模型、温度量滞后系统的精密控制。采用 DSP
控制的半导体激光驱动电源,依靠 DSP 强大的运算能力,可以实现传统单片机不
能实现的实时处理任务,而且调节更为稳定,响应更为迅速。
本系统经实验测试,达到如下技术指标:半导体温控,工作温度 25℃,温度
稳定度±℃;输出电流为 0~2A 连续可调,电流稳定度小于 %;输出功率
0~1800mW。本设计可以提供高质量的半导体激光器的驱动,在新型激光器、生物
医学以及测试分析等领域都具有广泛的应用。
关键词:半导体激光器,TMS320F2812,智能 PID,Fuzzy-PID
II
南昌航空大学硕士学位论文 ABSTRACT
ABSTRACT
Laser diode has been widely used in spectral analysis、laser iatrology and precise
measurement because of its superiority of small size, light weight and low driving
voltage. however, it is very sensitive to environment temperature and driving current. So
even the tiny fluctuations will cause remarkable changing of its output light and
parameters, and may cause serious damage of laser device.
This system used singlechip to control driver power, it achieved credible automatic
soft-safeguard in semiconductor laser 、emitted stable laser and obtained very strong
ability of restraining yamp. Because of using digital control technology, it