半導體激光器TEC溫控實驗

溫度對半導體激光器的特性有很大的影響.為了使半導體激光器輸出功率穩定,必須對其溫度進行高精度的控制.TEC-10A利用PID模糊控制網絡設計了溫控系統,控制精度達到0.0625℃,與無PID控制網絡相比,極大的提高了系統的瞬態特性,并且試驗發現TEC-10A采用帶有溫控系統的半導體激光器的輸出功率穩定性比沒有溫控系統的輸出功率得到顯著改善。

TEC-10A使用上位機軟件，獲得數據如下:

圖1 目標溫度設定為60度的加熱曲線圖

TEC-10A模糊自適應PID 算法比傳統 PID 算法具有更小的溫度過沖和更高的控溫精度，精度為±0.0625℃，達到穩定的時間小于 70s。

TEC-10A的“模糊控制理論”是由美國加利福尼亞大學教授 L.A.Zadeh 于 1965 年首先提出的，至今只有 40 余年的時間，它屬于智能控制的范疇。那么到底什么是模糊控制？其實模糊控制是一種被精確定義的特殊的非線性控制，它利用類似人類的啟發式知識對系統進行控制。模糊控制的基本原理框圖如下圖所示。

圖2 模糊算法

首先建立模糊規則

根據上面的輸入量的模糊化，確定了誤差及誤差變化的模糊集合，下面將建立模糊規則。模糊控制規則主要有兩種形式：一種是經驗歸納法，一種是采用數學的推理合成法。經驗歸納法是根據操作者對控制經驗的整理、加工而形成的控制規則，雖然具有主觀臆斷，但其中必須經過對客觀事實的合理歸納而形成。下面的表就是根據經驗歸納法總結的模糊控制規則表。

下面是一些簡單的一維和二維控制形式：

“如果 A，那么 B” （IfAThen B）；例如，如果激光器的溫度很高，那么快速降溫。

“如果 A，那么 B，否則 C” （If A Then B Else C）；例如，如果激光器溫度很低，那么快速加熱，否則緩慢加熱。

“如果 A 且 B，那么 C”（If A And B Then C）。例，如果激光器溫度很高且溫度下降很慢，那么快速加熱。

在實際操作中第三種形式較常見，“A”為偏差e，“B”為偏差變化量Ec。

TEC-10A的尺寸也是比較小的，如下圖所示：

圖3 TEC-10A具有較小尺寸

 TEC-10A是一款高功率密度的TEC溫度控制器，額定工作負載5A，峰值電流可達10A。此溫度控制器可以連接專用調試器來進行參數的調節，參數調節完畢并保存后，撤去調試器，此溫度控制器仍可以獨立工作?？梢酝ㄟ^專用RS232調試線和電腦進行通訊，以進行參數設置和溫度監視，以及進行溫度程控，是半導體激光器控溫的好伴侶，