基于自整定模糊PID算法的LD温度控制系统

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1、第43卷第10期红外与激光工程2014年10月Vol.43No.10InfraredandLaserEngineeringOct.2014基于自整定模糊PID算法的LD温度控制系统戴俊珂，姜海明，钟奇润，谢康，曹文峰(合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥230009)摘要：为了使半导体激光器(LD)能够稳定工作,设计并实现了一个高效的温度控制系统。该系统使用MSP430单片机作为处理器，负温度系数热敏电阻(NTC)作为温度传感器，半导体制冷器(TEC)作为执行元件。系统通过自整定模糊PID算法，采用闭环负反馈结构实现对LD温度的稳定控制。实验结果表明，该控制系统温度从21

2、.9℃上升到目标温度25℃，建立稳态的时间为68s，且温度可控制在25±0.05℃范围以内。工作94s后，系统能够将温度控制在25±0.008℃范围以内。与常规PID控制系统相比，基于模糊PID算法的温度控制系统能够在没有人工干预的情况下自动调节系统的PID参数，使系统具有更好的动态性能。关键词：自整定模糊PID；半导体激光器；温度控制；MSP430中图分类号：TP273.4文献标志码：A文章编号：1007-2276(2014)10-3287-05LDtemperaturecontrolsystembasedonself-tuningfuzzyPIDalgorithmDaiJun

3、ke,JiangHaiming,ZhongQirun,XieKang,CaoWenfeng(SchoolofInstrumentScienceandOpto-electronicsEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Inordertomakealaserdiode(LD)workstably,ahighlyefficienttemperaturecontrolsystemwasdesignedandimplemented.ThesystemwasmadeupoftheMSP430mi

4、crocontroller,negativetemperaturecoefficientthermistor(NTC)andthermoelectriccooler(TEC),respectively,ascontrolunit,temperaturesensorandactuationelement.Basedontheself-tuningfuzzyPIDalgorithm,thenegativefeedbackloopwasadoptedforcontrollingthetemperatureofalaserdiodeandenablingittoworkstably.Ex

5、perimentalresultsshowthatthesystemstabilizedthetemperaturewithin25±0.05℃in68secondswhenitrosefrom21.9℃to25℃.After94seconds,thetemperaturecanstaywithin25±0.008℃.ComparedwithaconventionalPIDcontrolsystem,thetemperaturecontrolsystembasedonself-tuningfuzzyPIDalgorithmcanadaptivelyadjustPIDparamet

6、ersinthesystemwithoutmanualoperation.Therefore,thesystemhasabetterdynamicperformance.Keywords:self-tuningfuzzyPID;laserdiode;temperaturecontrol;MSP430收稿日期：2014-02-11；修订日期：2014-03-17基金项目：国家自然科学基金(60588502，60607005，60877033)作者简介：戴俊珂(1991-)，男，硕士生，主要从事测控技术方面的研究。Email:daijunke@mail.hfut.edu.cn导师简介

7、：姜海明(1976-)，男，教授，博士生导师，博士，主要从事光纤通信、光电器件等方面的研究。Email:hmjiang@hfut.edu.cn3288红外与激光工程第43卷控制，这也是设计该温度控制系统的关键内容之一。0引言由于半导体激光器具有结构简单、体积小等优点，已经广泛应用于光纤通信、激光测距、激光雷达等方面。然而，激光器的工作温度对输出功率和波长有很大的影响，主要原因是其输出波长随温度的升[1]高会向长波方向偏移。因此，为了保证激光器有稳定的输出功率和波长，其工作温度的精