基于FPGA的脈沖光纖激光器功率控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

作者：時(shí)間：2013-05-14 來源：網(wǎng)絡(luò)

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3．3 功率控制模塊
對(duì)脈沖 光纖激光器輸出平均功率的控制，采用模糊控制方法來保證輸出功率的穩(wěn)定性。模糊控制系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是：其不依賴于精確的數(shù)學(xué)模型；并具有數(shù)學(xué)控制的精確性和軟件編程的靈活性。由模糊控制理論可知，模糊控制系統(tǒng)所用的模糊控制器維數(shù)越高，系統(tǒng)的控制精度就越高。但是維數(shù)選擇越高，模糊控制規(guī)律就越復(fù)雜，基于模糊合成推理的控制算法的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)就更困難。在權(quán)衡
了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求與實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度兩方面因素后，采用雙輸入單輸出的二維模糊控制器設(shè)計(jì)。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/189607.htm

如圖8所示為功率控制組成原理，首先由光電探測(cè)器將光纖激光器輸出的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過放大濾波后轉(zhuǎn)換為容易被處理的模擬電信號(hào)。將該信號(hào)通過A／D轉(zhuǎn)換為可以被FPGA處理的數(shù)字信號(hào)，同時(shí)將其存入到寄存器中進(jìn)行緩存處理。對(duì)存入到緩存中的數(shù)據(jù)，一是用來與預(yù)先設(shè)定的功率值進(jìn)行比較產(chǎn)生誤差值E；二是當(dāng)下一個(gè)時(shí)鐘上升沿到來時(shí)，通過加減法器把前后兩次測(cè)量結(jié)果相減得到誤差值EC。根據(jù)獲得的誤差值E和誤差的變化EC，對(duì)存儲(chǔ)在只讀存儲(chǔ)器ROM中的模糊控制規(guī)則表進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，并將獲得的數(shù)據(jù)通過D／A轉(zhuǎn)換為模擬量來控制半導(dǎo)體激光器輸出電流的大小，從而控制脈沖 光纖激光器輸出平均功率的大小。

圖9(a)所示為模糊控制仿真功能圖，圖中mo_feedback為種子源功率反饋值，當(dāng)其反饋值小于設(shè)定值150時(shí)，說明反饋值減小，此時(shí)FPGA根據(jù)設(shè)定模糊控制規(guī)則，會(huì)使種子源的輸出mo_out值增大。圖9(b)為在FPGA模糊控制下的D／A轉(zhuǎn)換模擬量輸出，其輸出電壓值將控制LD輸出電流的大小。在工作正常時(shí)，D／A輸出模擬電壓值穩(wěn)定在約3 V，當(dāng)光電探測(cè)器探測(cè)的光功率反饋值大于設(shè)定功率值時(shí)，F(xiàn)PGA通過查找存儲(chǔ)在ROM中的模糊控制表來減小輸出的模擬電壓，最后使輸出模擬電壓約穩(wěn)定在0．5 V，此時(shí)使設(shè)定的功率值與實(shí)際測(cè)量的功率值相等。

4 結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)脈沖光纖激光器在激光打標(biāo)中的工作原理，設(shè)計(jì)了以FPGA芯片為核心的功率控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各功能模塊設(shè)計(jì)，并具有處理速度快、安全系數(shù)高等特點(diǎn)。能夠滿足光纖激光打標(biāo)機(jī)的指標(biāo)要求。同時(shí)為使該系統(tǒng)得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用，還需要對(duì)功率控制算法進(jìn)行完善，使其輸出的功率更加穩(wěn)定。