基于粒子群算法的半导体激光器双闭环温度控制系统.pdf
目录
摘要I
ABSTRACTIII
第一章绪论1
1.1研究背景和意义1
1.2国内外研究现状2
1.3本文主要研究内容3
第二章温度控制系统结构设计与理论分析5
2.1温度控制系统结构设计5
2.2温度控制系统数学模型6
2.2.1内环路温度控制系统传递函数计算7
2.2.2外环路温度控制系统传递函数计算8
2.3双闭环模糊PID控制系统10
2.3.1模糊PID控制原理10
2.3.2模糊PID控制器设计12
2.3.3双闭环模糊PID控制系统仿真13
2.4小结15
第三章粒子群算法优化双闭环温度控制系统17
3.1粒子群优化算法17
3.1.1粒子群优化算法原理17
3.1.2粒子群优化模糊PID控制系统设计19
3.1.3共轭梯度法20
3.2粒子群优化双闭环模糊PID控制系统仿真21
3.3小结25
第四章半导体激光器驱动电源及供电设计27
4.1半导体激光器驱动电源设计27
4.1.1半导体激光器27
4.1.2基于LM399的基准电压源设计28
4.1.3半导体激光器的压控恒流源驱动设计30
4.2双闭环温度控制系统供电设计31
4.2.1基于LM317和LM337的正负线性稳压源设计31
4.2.2基于LT8705的DC-DCbuck-boost设计34
4.3小结36
第五章双闭环温度控制系统硬件设计37
5.1温度调节部分37
5.1.1半导体制冷器TEC原理37
5.1.2半导体制冷器TEC驱动电路设计38
5.2温度采集部分40
5.2.1摄氏温度传感器LM3540
5.2.2温度采集电路设计42
5.2.3温度采集部分整体电路设计44
5.3数据处理部份45
5.3.1AD模数转换电路设计45
5.3.2DA数模转换电路设计48
5.4半导体激光器温度控制系统49
5.5半导体激光器光功率检测系统52
5.6检测结果分析54
5.7小结55
第六章总结与展望57
6.1总结57
6.2展望58
参考文献59
在学期间取得的科研成果65
致谢67
摘要
半导体激光器因为其体积小、能效高、寿命长等优点，被广泛应用于激光通
信、精密加工和医疗等领域。但是，在实际的工程应用中，半导体激光器的输出
特性会同时受到工作环境的温度变化和半导体激光器自身的温度变化的影响，而
该输出特性的影响主要体现为半导体激光器输出激光的波长和光功率的稳定性
的改变。因此，为了解决半导体激光器的输出特性受温度影响较大的问题，本课
题主要对温度控制系统的各个部分进行设计，研制出了成本相对较低、输出稳定
性相对较高的半导体激光器温度控制系统。
本课题的具体研究顺序是先对整个控制系统进行理论上的设计和仿真验证，
再在理论研究的基础上进行相应的硬件设计。具体研究内容如下：
（1）设计整个温度控制系统的控制结构。根据对整个课题的进一步解析，
通过学习开环控制和闭环控制，分析两种控制系统的优缺点，本课题创新性地将
整个半导体激光器温度控制系统的控制结构设计为双闭环控制结构。
（2）计算双闭环温度控制系统的传递函数。本课题在复频域建立整个温
度控制系统的数学模型，通过相关计算公式分别计算出内环温度控制系统和外环
温度控制系统的传递函数。
（3）确定整个温度