基于模糊PID控制的半导体激光器温控系统

基于模糊控制原理,采用模糊控制与PID控制相结合的模糊控制方法,完成了一种针对半导体激光器温度控制的算法设计。该模糊PID控制算法,能够自适应调节PID的比例、积分和微分系数,从而使半导体制冷器的温度保持恒定。Simulink仿真结果表明,采用该模糊PID控制算法后系统的超调量减少40%,缩短了调节时间,控制效果优于常规PID控制系统。     

半导体激光器恒温控制器算法的实验仿真研究

半导体激光器的输出波长随着温度而变化,同时,输出功率也会随着温度和使用时间的变化而发生漂移,因此,半导体激光器的恒温控制是极其必要的.根据半导体激光器的温度控制特点,对PID和Fuzzy控制进行理论分析,将SIMULINK2.1与FuzzyLogicTool-Box有机地结合,实现了模糊自整定PID参数控制系统的计算机仿真设计.仿真结果表明,此种方法简单,易于实现.此系统还可以应用在其他小型的温控系统中.     

基于模糊PID皮革收缩温度测定仪控制系统设计

针对皮革收缩温度测定仪的温度控制系统的控制效果不甚理想的问题,提出一种参数模糊自整定PID控制方法,该方法集中了模糊控制和常规PID控制两种控制的优点.在重点介绍模糊PID控制器设计方法的基础上,利用Matlab软件分别进行了参数模糊自整定PID控制系统和常规PID控制系统的仿真实验.仿真实验结果比较表明,参数模糊自整定PID控制方法使该仪器的温控系统的性能得到很大改善.     

基于模糊自适应PID的炉温控制系统设计

电锅炉已成为寒冷地区供热采暖的主要设备,对于新疆地区尤为重要.电锅炉的温度控制系统由于存在非线性、滞后性以及时变性等特点,常规的PID控制器很难达到较好的控制效果.考虑到模糊控制能对复杂的非线性、时变系统进行很好的控制,但无法消除静态误差的特点,本设计将模糊控制和常规的PID控制相结合,提出一种模糊自适应PID控制器的新方法.并对电锅炉温度控制系统进行了抗扰动的仿真试验,结果表明,和常规的PID控制器及模糊PID复合控制器相比,模糊自适应PID控制改善了系统的动态性能和鲁棒性,达到了较好的控制效果.     

机载光电跟踪系统的模糊PID控制

为了提高机载光电跟踪系统的控制性能,提出了一种模糊自适应PID控制算法。首先,针对机载光电跟踪控制系统的特点,建立了被控对象的模型。接着,对机载光电跟踪系统模糊PID控制器的设计进行了详细介绍。最后,利用经典PID控制、模糊控制、模糊PID控制3种算法对机载光电稳定跟踪系统进行仿真比较。仿真结果表明模糊PID控制算法较之前两种算法具有响应快、超调量小、抗干扰能力强、稳态性能好等优点,对机载光电跟踪系统具有较好的控制能力。     

基于自整定模糊PID算法的LD温度控制系统

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21.9 ℃上升到目标温度25 ℃,建立稳态的时间为68 s,且温度可控制在250.05 ℃范围以内。工作94 s后,系统能够将温度控制在250.008 ℃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。     

一种自适应模糊PID控制器应用仿真

研究了一种误差驱动型自适应模糊PID控制器在二阶时滞系统中的应用。选择系统的稳态误差和误差变化率为PID参数自适应模糊调整的前件变量,将前件变量模糊化为7个论域期间,建立了PID参数调整的模糊规则表,查表得PID参数的后件参数,采用极大值反模糊化规则得到具体PID控制参数。仿真结果表明采用该控制器后系统的调节时间大大缩短,控制效果令人满意。     

基于BP神经网络的温度模糊PID控制器设计

根据BP神经网络对温度控制的要求设计出一种模糊PID控制器,采用误差和误差变化率作为模糊PID控制器的输入,PID参数作为模糊PID控制器的输出,使用一组模糊规则实现对PID参数的在线优化调节。采用Simulink图形化工具平台对模糊PID控制器和传统的PID控制器进行建模和仿真,结果表明和传统PID控制器相比,模糊PID控制器性能优良,使系统响应速度加快,超调减小。     

基于模糊自整定PID的汽轮机数字电液控制系统

基于模糊控制技术和汽轮机DEH系统的数学模型,将模糊自整定理论应用于汽轮机DEH系统,设计了一种适用于汽轮机数字电液控制系统的模糊自整定PID控制器。他利用偏差及偏差变化率作为模糊控制器的输入,并制定了模糊规则进行控制,实现PID参数的实时自整定,从而改善汽轮机调节系统的控制特性。仿真结果和分析表明在调节稳定性,超调量和自整定PID参数等方面,模糊自整定PID控制算法均优于传统PID控制算法。     

异步电机的模糊PID矢量控制

为了提高异步电机转速性能,文章在原矢量控制系统的基础上,将传统的转速PID控制器转换为模糊自适应PID控制器,然后利用Matlab/Simulink搭建了一种基于三相异步电动机转速控制的模糊PID系统,并分别使用常规PID控制器与模糊PID控制器进行控制。仿真结果表明,采用模糊控制能使系统取得较好的控制性能并具有较强的鲁棒性。     

大功率半导体激光器高精度温控系统研究

为了减小温度对半导体激光器输出光波长和功率稳定性的影响,设计了由恒流模块驱动半导体制冷器,通过改变恒流模块的电流来控制半导体制冷器的制冷量,利用分段积分的比例-积分-微分控制算法,选择最优控制参量,实现大功率半导体激光器的精密温控系统。系统包括高精度测温电路、控制核心DSP F28335、半导体制冷器控制电路、人机交互及通信模块。在5℃~26℃环境下对系统进行测试,实现50W大功率半导体激光器的恒温控制,温控范围为15℃~45℃,温控精度达到0.02℃。结果表明,该系统温控范围广,控制精度高,满足大功率半导体激光器的温控要求。     

热电制冷器制冷工作电流特性分析

随着高性能制冷CCD成像系统已经成为航天成像式探测的一个重要发展方向,热电制冷作为一种有效的电子设备冷却方法广泛用于重要部件的主动热控.为了实现热电制冷器工作电流的合理选择,在分析热电制冷机理的基础上,首先介绍了热电模块的3种工作模式(制冷、加热和热电发电),同时研究了热电偶内温度分布的一般形式,最后,在第一类边界条件...     

星载多路短波红外探测器温控系统设计

主要针对星载多路短波红外探测器的温度要求设计了高精度在轨温度控制系统。首先,在对工作温度控制需求进行分析的基础上,提出了该系统短波红外探测器的温度高稳定性要求;其次设计了高稳定性温度采集电路、低噪声热控驱动电路,并且在FPGA芯片上基于开关控制算法,产生了脉宽调制信号;然后利用该脉宽调制信号控制热电制冷器的驱动电流,实现了在资源有限的条件下,温度控制高稳定度的要求。最终性能测试的结果表明,温控的精度可以达到±0.1°的高稳定度要求,满足该多路短波红外探测系统星载工作温度要求。     

可调谐半导体激光器的精密控制系统设计

为了满足高精密测量领域对半导体激光器高稳定度的要求,设计了一种高稳定度、低噪声的半导体激光器控制系统。该控制系统由电流驱动和温度控制两部分组成,电流控制部分采用负反馈控制保持电流稳定,温度控制部分采用高度集成的MAX1978作为主控芯片,驱动半导体制冷器进行温度补偿。经过实验验证,电流在200mA范围内连续可调,电流控制精度高达1A,在3kHz~100kHz带宽内交流噪声有效值小于300nA,长期温度漂移小于2m℃。结果表明,该系统可用于驱动分布式反馈外腔半导体激光器和分布式布喇格反射半导体激光器。     

基于热电制冷器温控系统数学建模和参量辨识

为了实现对半导体激光器温度的高精度控制,利用热电制冷器、温度传感器与相应的散热装置,设计了一套半导体激光器温度控制的实验系统.首先采用热力学分析方法,对实验系统进行了理论分析,建立了该温控实验系统数学模型与相应的传递函数;其次,在取得了半导体激光器温度数据的条件下,根据模型参量的特点,提出了一种结合阶跃响应的实验曲线,应用非线性曲线最小二乘拟合进行模型参量的辨识;最后利用该模型参量进行了系统仿真和实验验证.结果表明,仿真曲线、拟合曲线与实验曲线结果一致,拟合的模型参量具有较高的预测精度.这些结果对优化调整温度控制实验是有帮助的.     

基于半导体激光器高精度恒温系统设计

为了在宽温环境中保证半导体激光器能够稳定地输出功率和波长,针对半导体激光器体积小、重量轻及对温度稳定性要求高等特点,在采用负温度系数热敏电阻作为温度传感器并对其输出信号进行处理的基础上,设计了基于微控制单元的半导体激光器温度控制系统,并在软件上采用了直接比例积分微分算法等方法。通过微控制单元调整输出调制信号脉宽和幅值,从而改变半导体致冷器的驱动电流的大小和方向,并进行了相应理论分析和实验验证,可知半导体激光器工作温度稳定在25℃左右,且温度稳定精度为±0.1℃。结果表明,该高精度温度控制系统在宽温环境中控制精度高、响应速率快,优于其它同类产品。     

低噪声小型化焦平面驱动与信息获取系统设计

在红外探测器的应用中,驱动电路及信息获取系统的质量将直接影响到红外成像系统的性能。针对320×256短波红外焦平面器件,提出了焦平面驱动及信息获取系统的低噪声小型化的设计方法,并利用TEC技术实现了焦平面的精密低温控制。该系统具有体积小、功耗低、精度高、灵活性好等特点,为红外探测系统的高性能和小型化设计提供了良好的基础。     

一种高精度激光器温控电路的设计

为了保持光收发模块发射光波长的稳定,采用半导体热电制冷器对模块中激光器温度进行控制的方法,设计了以热电制冷器为核心的具有高采样精度和快速响应速度的温度控制电路,并进行了理论分析和实验验证,取得了使用本电路的样品模块在应用温度范围内的发射波长变化数据。结果表明,优化后的热电制冷器温控电路具有良好的性能,能够快速准确地控制激光器温度,将发射光波长的变化精确锁定在20pm范围之内。设计完全满足实际应用要求。     

A Four-Quadrant Operation Diagram for Thermoelectric Modules in Heating–Cooling Mode and Generating Mode

The operation of a thermoelectric module in heating–cooling mode, generating mode, and regenerating mode can be discussed in terms of power, cooling load, and current. A direct current machine in motoring mode and generating mode and an induction motor in motoring mode and regenerating mode are analogous to thermoelectric modules. Therefore, the first objective of this work is to present the four-quadrant (4-Q) operation diagram and the 4-Q equivalent circuits of thermoelectric modules in heating–cooling mode and generating mode. The second objective is to present the cooling and regenerating curves of a thermoelectric module in cooling mode and regenerating mode. The curves are composed from the cooling powers and the generating powers, the input and output current, the thermal resistance of the heat exchanger, and the different temperatures that exist between the hot and cold sides of the thermoelectric module. The methodology used to present the data involved drawing analogies between the mechanical system, the electrical system, and the thermal system; an experimental setup was also used. The experimental setup was built to test a thermoelectric module (TE₂) in cooling mode and regenerating mode under conditions in which it was necessary to control the different temperatures on the hot and cold sides of TE₂. Two thermoelectric modules were used to control the temperature. The cold side was controlled by a thermoelectric module labeled TE₁, whereas the hot side was controlled by a second thermoelectric module labeled TE₃. The results include the power, the cooling load, and the current of the thermoelectric module, which are analogous to the torque, the power, the speed, and the slip speed of a direct current machine and an induction motor. This 4-Q operation diagram, the 4-Q equivalent circuits, and the cooling and regenerating curves of the thermoelectric module can be used to analyze the bidirectional current and to select appropriate operating conditions in the cooling and regenerating modes.     

Development of Thermoelectric Self-Powered Heating Equipment

In this work, a self-powered residential heating system was developed using thermoelectric generation technology. A full-size prototype was designed, constructed, and tested, in which Bi₂Te₃-based thermoelectric modules were incorporated into a gas-fired heating boiler. Up to 161 W of electricity is generated by the thermoelectric modules. This is sufficient to power all the electrical components of the residential heating equipment including pump, fan, blower, valves, and control panel. In this way, the heating system can operate entirely on fuel combustion and does not need externally generated electricity. The performance of the thermoelectric devices has been investigated in the integrated heating system under various operating conditions. The energy system’s advantages include simplicity, low noise, clean operation, and low maintenance. The thermoelectric self-powered heating system could provide the consumer with heating system reliability and a reduction in electric power consumption.