基于遗传算法的DFB激光器驱动系统设计
遗传算法和神经网络的DFB激光器温控系统-最新年精选文档
遗传算法和神经网络的DFB激光器温控系统： To solve the problems of nonlinearity and delay property existing in DFB laser temperature control system，the composite control structure based on genetic algorithm and neural network is proposed. In the system， the microprocessor as the system core processor is used to design the temperature control system， and the Pt resistance， TEC semiconductor refrigerator， temperature sensor and temperature control actuator are used as the control units. The neural network positive model was constructed to analyze the physical characteristics of the controlled object. The neural network control is used to map the control laws， and the fast searching ability of genetic algorithm is used to train the weight coefficient of neural network. The designed system was verified with the experiment. The results show that the temperature control accuracy of the system is ±0.002 ℃， the range of temperature control is 5～70 ℃， the overshoot is less than 8%， the designed system can realize the control effect of high precision and wide range， and has better engineering application value.Keywords： DFB laser； genetic algorithm； neural network； temperature control0 引言激光检测技术已经应用在许多工业领域，其中分布式（DFB）激光器的波长能够有效匹配甲烷和一氧化碳等气体的吸收峰，所以在很多领域利用它来检测气体的浓度。
一种半导体DFB激光器控制电路的设计
1 DFB激光器引脚图
图2 驱动电路
LM358双运算放大器芯片内部包含两个高增益、独立的、内部频率补偿的双运算放大器，非常合适于电源的电压范围很宽广的单电源使用，也合适在双电源的工作模式中，在实际推荐的工作条件范围下，电源的电流和电源的电压无关。
使用范围包含了直流增益模块、传感放大器和其他所有可用单的电源供电使用的运算放大器的地方。
LM为塑封8引线双列贴片式。
其具有特性如下：输出电压摆幅大（0至Vcc-1.5 V）,内部频率补偿，差模输入电压范围宽，等于电源电压范围，直流电压增益高（约100 dB）,共模输入电压范围宽、包括接地，单位增益频带宽（约1 MHz）,低输入失调电压和失调电流，电源电压范围宽、单电源（3~30 V）、双电源（±1.5-±15 V），低输入偏流，低功耗电流、适合于电池供电。
其引脚设置如图3所示。
}
void Cls(void)/*
{
uchar i;
for(i=0;i<32;i+=2)
WrAddDdat(i,0x00);
}
3 性能指标测试
将设计中1 550 nm （YOKOGAWA）公司的光谱分析进行测试图4所示，其中心波长是
图4 1 550 nm激光源光谱图。
基于DSP的DFB激光器驱动电源设计
基于DSP的DFB激光器驱动电源设计
胡叶民
【期刊名称】《激光杂志》
【年(卷),期】2015(36)1
【摘要】为了满足痕量气体检测系统对高精度激光器驱动电源的需求,基于DSP的高速运算性能,通过内环模拟反馈与外环PID控制算法相结合的双反馈模式来达到精确控制激光器驱动电流的目的,设计了一种基于DSP的DFB激光器驱动电源。
以中心波长为1651nm的DFB激光器进行驱动性能测试,线性度达到99.996%。
连续50小时不间断工作,驱动电流的波动幅度仅有0.004m A,为DFB激光器在痕量气体浓度检测方向提供了有力保障。
【总页数】3页(P82-84)
【关键词】痕量气体检测;DSP;DFB激光器;驱动电源
【作者】胡叶民
【作者单位】浙江丽水学院
【正文语种】中文
【中图分类】TN271.5
【相关文献】
1.基于遗传算法的DFB激光器驱动系统设计 [J], 张炜
2.用于近红外气体检测的高稳定性DFB激光器驱动电源设计 [J], 王昆;李明;李亚萍
3.带有双路TEC温控的功率可调DFB激光器驱动电源设计与实现 [J], 侯腾;张行;肖雷
4.基于STM32的DFB气体激光器驱动电路设计与实验 [J], 李红岩;刘韩飞;王伟峰;李俊;陈炜乐;刘宝;杨博
5.基于DSP的DFB激光器温度控制系统设计 [J], 闫胜利
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一种半导体DFB激光器控制电路的设计
一种半导体DFB激光器控制电路的设计半导体DFB激光器是一种常用的光电器件，具有自锁振荡和稳定单模输出的特点。
为了实现对DFB激光器的精确控制，需要设计一种合适的控制电路。
这篇文章将详细介绍一种基于反馈控制的DFB激光器控制电路设计方案。
首先，我们需要了解DFB激光器的工作原理。
DFB激光器是一种具有光栅衍射结构的半导体激光器，通过该结构可以实现选择性放大其中一特定波长的光信号，从而实现单模输出。
控制DFB激光器的输出波长主要通过改变激光器中的折射率或者光栅调制电流来实现。
基于以上的工作原理，我们可以设计一种基于PID反馈控制的DFB激光器控制电路。
PID控制器是一种经典的控制算法，通过对系统的误差、积分和微分进行综合处理，实现对系统的精确控制。
其数学描述为：u(t) = Kp * e(t) + Ki * ∫e(t)dt + Kd * de(t)/dt其中，u(t)为输出控制信号，e(t)为系统的误差，Kp、Ki和Kd为PID控制器的参数，分别对应比例、积分和微分增益。
对于DFB激光器的控制，我们可以将激光器的输出功率作为系统的误差信号。
具体设计步骤如下：1.传感器选择：选择一个合适的光功率传感器，用于测量DFB激光器的输出功率。
常用的光功率传感器有PIN光电二极管、光纤耦合探头等。
2.比例放大器：将光功率信号放大到适合PID控制器的输入范围。
可以使用运算放大器或者其它适当的电路来实现。
3.PID控制器：设计一个PID控制器电路，根据实际需求调整比例、积分和微分增益系数。
可以使用模拟电路或者数字信号处理器来实现PID控制器。
4.DA/AD转换：将数字控制信号转换为模拟控制信号，根据PID控制器的输出控制信号，调整DFB激光器的工作状态。
同时，将光功率传感器测得的光功率信号转换为数字信号，在PID控制器中作为反馈输入。
5.功率调节电路：根据PID控制信号，调节DFB激光器的工作状态，实现输出功率的稳定控制。
基于REC技术的DFB激光器阵列驱动电路的设计
ＤｅｓｉｇｎｏｆＤＦＢｌａｓｅｒａｒｒａｙｄｒｉｖｅｒｃｉｒｃｕｉｔｂａｓｅｄｏｎＲＥＣ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ
ＧＵＯＹｕ１，２，ＤＵＷｅｉｋａｎｇ１，ＬＩＷｅｉ２，ＷＡＮＧＹｉｎｇｙｉｎｇ２，ＮＩＹｉ１
（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ２１４１３２，Ｃｈｉｎａ； ２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９３，Ｃｈｉｎａ）
基金项目：江苏省自然科学青年基金项目（ＮｏＢＫ２０１６０１９０）；国家自然科学青年基金项目（Ｎｏ６１７０１１９５）；中央高校基础 科研经费项目（ＮｏＪＵＳＲＰ１１７４０）；中国博士后科学基金面上项目（Ｎｏ２０１７Ｍ６２１７１０）；江苏省博士后科研项目 （Ｎｏ１７０１１１９Ｂ）资助。
作者简介：杜韦慷（１９９３－），男，硕士研究生，主要从事多通道激光器阵列驱动电路方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｄｗｋ７７４３７５９５０＠ １６３．ｃｏｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｏｆＤＦＢｌａｓｅｒａｒｒａｙ，ａｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，ｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｄｒｉｖｅｒｃｉｒｃｕｉｔｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄＴｈｅｓｙｓｔｅｍｔａｋｅｓＭＣＵａｎｄＦＰＧＡａｓｔｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｃｈｉｐ，ａｎｄｉｔｈａｓｔｈｅｃｈａｒ ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｍｐａｃｔ，ｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｎｏｉｍｐａｃｔ，ｓｗｉｔｃｈｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｔｃＴｈｅｏｕｔｐｕｔｏｆｔｈｅＤＦＢｌａｓｅｒａｒｒａｙｃａｎｂｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙａｎｅｘｔｅｒｎａｌａｄｊｕｓｔａｂｌｅｓｉｇｎａｌＴｈｅｓｙｓｔｅｍ ｃａｎｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｔｈｅａｎａｌｏｇｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅｌｉｎｔｏａｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｄｒｉｖｅｒＴｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｎｒｅａｌｔｉｍｅＴｈｅｏｕｔｐｕｔｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｃａｎｒｅａｃｈ ±０１ｍＡ，ｗｈｉｃｈｅｎｓｕｒｅｓｔｈｅｓｔａｂｌｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅｏｐ ｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＤＦＢｌａｓｅｒａｒｒａｙＴｈｉｓｄｒｉｖｅｒｃａｎｂｅｎｅｆｉｔｔｈｅｆｌｅｘｉｂｌｅｕｓａｇｅｏｆｔｈｅＤＦＢｌａｓｅｒａｒｒａｙ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｕｎａｂｌｅｌａｓｅｒａｒｒａｙ；ｆａｓｔｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｗｉｔｃｈｉｎｇ；ＧＮ２５Ｌ９６；ｄｒｉｖｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔ
基于REC技术的DFB激光器阵列驱动电路的设计
基于REC技术的DFB激光器阵列驱动电路的设计郭瑜;杜韦慷;李威;王颖颖;倪屹【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2018(048)009【摘要】为了实现DFB激光器阵列的智能化控制,提出了一种智能化、高精度、数字控制的驱动电路设计方案.该系统以单片机和FPGA为主要控制芯片,具有体积小、效率高、无冲击、开关保护等特点.DFB激光器阵列的输出可以由外部可调信号控制.该系统将模拟控制模型转化为数字控制模型,提高了驱动电路的性能.该系统能够实时监测DFB激光器阵列的温度和电流.电流的输出精度可以达到±0. 1 mA,保证DFB激光器阵列稳定可靠地工作.该驱动电路有利于DFB激光器阵列的灵活使用.【总页数】6页(P1160-1165)【作者】郭瑜;杜韦慷;李威;王颖颖;倪屹【作者单位】江南大学物联网工程学院,江苏无锡214132;南京大学现代工程与应用科学学院,江苏南京210093;江南大学物联网工程学院,江苏无锡214132;南京大学现代工程与应用科学学院,江苏南京210093;南京大学现代工程与应用科学学院,江苏南京210093;江南大学物联网工程学院,江苏无锡214132【正文语种】中文【中图分类】TN29【相关文献】1.基于取样光栅的DFB半导体激光器阵列研究 [J], 张军2.基于REC技术的氮化铟DFB激光器仿真分析 [J], 仲光彬;胡芳仁3.时分复用光纤光栅传感阵列中DFB激光器的高精度温控设计 [J], 胡辽林;章鹏博;华灯鑫;巩鑫4.基于STM32的DFB气体激光器驱动电路设计与实验 [J], 李红岩;刘韩飞;王伟峰;李俊;陈炜乐;刘宝;杨博5.基于FPGA的DFB激光器驱动电路的设计与仿真 [J], 赖冬寅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于STM32的DFB气体激光器驱动电路设计与实验
１ ＴＤＬＡＳ系统基本原理
ＴＤＬＡＳ系 统 所 遵 循 的 基 本 理 论 为 Ｌａｍｂｅｒｔ
Ｂｅｅｒ定律，ＬａｍｂｅｒｔＢｅｅｒ定律在气体吸收理论方面
的定义为某一波长的光经某一气体吸收后其出射
光强与入射光强之间的对应关系［１５－１６］。其数学表
达式见式（１）。
Ｉｏｕｔ（ｖ） ＝Ｉｉｎ（ｖ）ｅｘｐ（－α（ｖ）ＣＬ）
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EFGH 012 ,- 012
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图 １ 激光器驱动及温控系统结构 Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｌａｓｅｒｄｒｉｖｅｒａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ
（１）
式中 ν为 激 光 频 率；Ｉｏｕｔ（ｖ）为 出 射 光 强；Ｉｉｎ（ｖ）为 入
射光强；α（ｖ）为吸收系数；Ｃ为体积浓度；Ｌ为总光
程长。
ＴＤＬＡＳ系统一般采用二次谐波法进行浓度演
算，其原理 是 通 过 调 制 的 高 频 正 弦 波 与 低 频 锯 齿
波的叠 加 信 号 驱 动 激 光 器 扫 描 待 测 气 体 中 心 波
３．ＳｈａａｎｘｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｖｅｎｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＣｏａｌＦｉｒｅ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｔｕｎａｂｌｅｄｉｏｄｅｌａｓｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｇａｓｔｒａｃｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅｌａｓｅｒｄｒｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔｈａｓｓｕｃｈｐｒｏｂｌｅｍｓａｓｌａｒｇｅｍｏｄｕｌｅｓｉｚｅ，ｌａｒｇｅｃｕｒｒｅｎｔｒｉｐｐｌｅ，ｓｅｖｅｒｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｒｉｆｔ，ａｎｄｓｌｏｗ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｅａｓｉｌｙｃａｕｓｅｔｈｅｌａｓｅｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｔｏｄｅｖｉａｔｅｆｒｏｍｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅａｋｏｆｔｈｅ
用于近红外气体检测的高稳定性DFB激光器驱动电源设计
用于近红外气体检测的高稳定性DFB激光器驱动电源设计王昆;李明;李亚萍【摘要】以TMS320LF28335数字信号处理芯片为核心控制器,开发出用于近红外气体检测的高稳定性DFB激光器驱动电源.在硬件电路设计方面,采用双重电压反馈控制方案,实现微小电流误差和高稳定电流输出.同时具有慢启动、过流保护和静电保护功能.在软件设计方面,引入数字PID控制算法,进一步消除了驱动电流误差.实验采用激射波长为1.742 μm的DFB激光器作为被驱动对象,DFB激光器驱动电源输出线性度优于99.97%,长期稳定度为4×10-5,具有很强的实用价值.%A high stability DFB(Distributed Feed Back)driver utilized in near infrared gas detection is designed,which is based on the core chip of TMS320LF28335 digital signal processor.In terms of hardware design,the double voltage feedback control architecture is used to achieve slight current error and highly stable current output with the features of slow start,over-current protection and electrostatic protection in the meanwhile time.In consider of software design,digital PID(Proportion Integral and Differential)control algorithm is used to further decrease the driving current error.A DFB laser with centre wavelength at 1.742 μm is utilized as a driving target in experiment,the linear of driving current of DFB lasers driver reaches99.97%,and stability is 4×10-5,which behaves good significance in practice.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2017(040)002【总页数】4页(P435-438)【关键词】反馈式激光器;Ziegler-NicholsPID算法;驱动电源;红外气体检测【作者】王昆;李明;李亚萍【作者单位】河南职业技术学院电气工程系,郑州 450046;河南职业技术学院电气工程系,郑州 450046;华北水利水电大学信息工程学院,郑州 450045【正文语种】中文【中图分类】TP271由于非对称分子在近红外谱段有很强的吸收特性,具有“指纹”特性。
基于自适应遗传算法的DFB激光器模糊PID温控系统
基于自适应遗传算法的DFB激光器模糊PID温控系统马小雨【摘要】针对传统的PID控制算法很难准确控制DFB激光器温度的问题,提出并设计了一种基于模糊PID控制和自适应遗传算法的新型DFB温度控制系统.该控制系统由硬件和软件两部分构成,在硬件设备上以单片机作为控制系统的处理器,以铂电阻和热电冷却器分别作为控制系统的敏感器和执行器;在控制算法上利用自适应遗传算法来优化模糊PID的自整定规则.结果表明,该系统能够实现DFB激光器在5～65℃温度范围内的有效控制,控制误差和超调量分别低于0.0023℃和10％,具有较好的应用前景.%Aiming at the problem that the traditional PID control algorithm is difficult to accurately control the temperature of DFB laser, a new DFB laser temperature control system based on fuzzy PID control and adaptive genetic algorithm was proposed and designed.The control system consisted of hardware and software.For the aspect of the hardware device, the micro controller unit (MCU) was used as the processor of control system, while the platinum resistance and thermo electric cooler (TEC) were taken as the sensor and actuator of control system, respectively.For the aspect of control algorithm, the adaptive genetic algorithm was used to optimize the fuzzy PID self tuning rule.The results show that the proposed system can achieve the effective control of DFB laser in the temperature ran ge from 5℃ to 65℃.The control error and overshoot are lower than 0.0023℃ and 10％, respectively.Hence, the proposed system has a wide application foreground.【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2017(039)004【总页数】5页(P454-458)【关键词】DFB激光器;模糊PID控制;自适应遗传算法;温度控制;自整定;优化;非线性;延迟性【作者】马小雨【作者单位】河南工程学院计算机学院,郑州 451191【正文语种】中文【中图分类】TN248.4DFB激光器具有单色性、质量轻和效率高等优点，能够广泛应用在甲烷和一氧化碳等有害气体的检测上，但是它的检测性能受温度影响较大[1-3].因此，为了确保有害气体检测的准确度，必须严格控制DFB激光器的工作温度，使其保持恒温状态.国内外有很多学者都对DFB激光器的高精度温度控制问题进行了研究.文献[4]设计了基于BP神经网络和数字增量式PID的DFB恒温控制系统，仿真实验结果指出精度和温控范围分别为±0.05 ℃和5～65 ℃；文献[5]采用FPGA作为核心处理单元，采用传统PID算法对系统温度进行实时控制，温控范围为10～50 ℃，精度为±0.03 ℃；文献[6]设计的温控系统采用微型控制器和数字离散化的Ziegler-Nichol控制算法，调节范围为5～60 ℃，精度仅为±0.05 ℃；文献[7]介绍了用于气体检测的DFB激光器温控系统设计方案，有效温控范围为10～50 ℃，准确度仅为±0.05 ℃.上述方法得到的结果范围窄、精度低，这是由于温度控制系统普遍存在着非线性和延迟性等问题，而上述方法都是在对于线性和非延迟性对象有效的经典PID控制框架下来进行研究的.因此，为了能够实现宽范围、高精度的DFB激光器温度控制，利用模糊PID控制策略和自适应遗传算法能够较好地解决系统的非线性和延迟性方面的问题，将两者结合起来设计控制算法，利用单片机、铂电阻和TEC半导体制冷器来设计控制系统，并用实验来验证温控系统的可靠性和有效性.1.1 系统总体方案本文设计的基于自适应遗传算法的DFB激光器模糊PID温度控制系统总体框图如图1所示.整个温控系统主要包含两大部分：第一部分为外围设备，主要有LED显示器、串行总线和上位机等，负责温度的设定、实时显示以及与上位机之间的通信；第二部分为内置设备，主要由DFB激光器、温度传感器、信号调整电路、A/D、单片机、D/A、PWM调整电路、驱动电路和制冷器等组成，负责温度数据的采集和实时处理.该温控系统的工作原理是：温度传感器将温度变化转变为电信号，经过信号调整和A/D转换送给单片机，滤波处理之后与标准值进行比较计算得到偏差和变化率，再根据复合控制策略计算得到相应的控制量来改变PWM的输出，将PWM信号由D/A转换和驱动电路进入执行器件，从而对被控对象加热或者制冷.1.2 温度测量在测量温度值时，由于恒流源有受环境影响小、抗干扰能力强的优点，因此采用恒流源的方法来设计温度测量电路，如图2所示.前端模拟信号处理器使用的芯片为AD7713，其分辨率高达24 bit，它提供两路恒流输出和两路差分输入.恒流源1为参考电阻R1和热敏电阻Rt提供激励源，恒流源2通过高精度电阻Rref为AD7713提供基准电压，热敏铂电阻为4线连接，可以减小导线电阻对温度测量值的影响，r1～r4分别为导线电阻，A1和A2均为运放，开环放大倍数、输入阻抗和输出阻抗均为无穷大.1.3 TEC和驱动采用TES1-4903P型热电制冷器(TEC)作为系统的温度控制执行器件，它能控制的最高温度为67 ℃.为了快速地控制TEC的电流，采用大功率DRV592型驱动集成块，并用PWM来触发.PWM信号先进行光电隔离，然后再输入DRV592，从而使得其功率得到放大，在经过LC滤波后输出直流电流来驱动TEC工作.滤波电路如图3所示.2.1 模糊PID控制规则在模糊PID控制中，控制器的输入为偏差e和偏差的变化率Δe，通过模糊控制规则来修正PID三个参数，从而实现PID参数的自整定，构成了模糊PID控制器，结构原理图[8]如图4所示.在控制过程中，针对不同的和分别需要对三个参数kp、ki和kd进行自整定，具体步骤如下：1) 偏大时，kp和kd的取值应该分别较大和较小，并取ki=0，限制积分作用，防止超调量较大.居中时，kp的取值应该较小，ki的取值应该适中，kd的取值必须适当，才可以提高系统的响应速度.3) 较小时，kp和ki的取值应该较小.此时，若较大时，对应的kd应该较小；反之亦然.根据三角隶属函数的物理论域，定义和的变化范围分别为和其模糊子集为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，表示的含义分别为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，选择三角形函数为隶属函数[9]，根据多次经验来制定PID参数的自整定规则，分别如表1～3所示.根据表1～3计算PID参数，即kp=kp0+Δkpkp0/3，ki=ki0+Δkiki0/3，kd=kd0+Δkdkd0/3，其中，kp0、ki0、kd0分别为参数初始值.2.2 自适应遗传算法优化模糊规则模糊PID控制系统的性能效果取决于模糊规则的制定，而模糊规则又依赖经验知识，无法保证制定的规则能够达到最优或者次优.为此，利用自适应遗传算法来优化模糊规则，可实现更好的控制效果[10].遗传算法适应度函数表达式为f==式中，J为时间与误差绝对值乘积的积分，它能够反映响应时间、超调量和稳态误差等控制性能，J越小，性能越好.将模糊子集{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}用二进制表示为{001，010，011，100，101，110，111}.那么，需要优化的模糊规则一共有7×7=49条，因此每个染色体含有49×3=147个规则基因.采用自适应遗传算法，动态地改变交叉概率和变异概率，使得种群具有多样性，提高了收敛速度和计算精度.交叉概率Pc 和变异概率Pm的计算表达式分别为式中：fmax和favg分别为种群的最大适应度和平均适应度；f为个体的适应度值；ki为比例因子，0<ki<1，i=1，2，3，4.根据上述理论分析进行实验验证.采用自适应遗传算法来优化模糊PID控制规则，为了加快搜索速度和精度，Pc和Pm的值不能太小或太大，取k1=0.2、k3=0.2、k2=0.15、k4=0.004.优化之后的规则表分别如表4～6所示.采用优化之后的自整定规则表来设计控制器，为了显示本文设计系统的优越性，将本文算法与文献[4]方法和文献[5]方法分别进行了实验比较.实验室温度的初始值为20 ℃，设定期望的DFB激光器温度值分别为5、15、40和65 ℃，从零时刻开始启动温度控制系统，得到了三种方法的温度控制实验结果分别如图5～8所示.从图5～8中所示的结果可以看出，本文设计的控制算法能够使DFB激光器的温度达到预期的设定值.对于目标温度分别为5和15 ℃的温度控制，超调量均小于10%，控制精度约为±0.002 3 ℃；对于目标温度分别为40和65 ℃的温度控制，超调量很小，控制精度约为±0.001 7 ℃.相比较而言，文献[4]和文献[5]的方法超调量均较大，且调节时间也较长.因此，与另外两种方法相比较，采用本文方法设计的温度控制系统可以实现DFB激光器工作温度的快速和高精度的控制，并且稳定性较好.本文针对DFB激光器温度控制系统存在的非线性和延迟性等问题，提出并设计了一种基于模糊PID控制和自适应遗传算法的新型温控系统，介绍了系统的硬件构成，分析了系统的控制算法，利用自适应遗传算法来优化模糊PID的自整定规则.实验结果表明，该系统的有效温控范围为5～65 ℃，控制误差和超调量分别低于0.002 3 ℃和10%，因此精度较高，稳定度较好，具有良好的工程应用价值.【相关文献】[1]张志荣，夏滑，董凤忠，等.利用可调谐半导体激光吸收光谱法同时在线监测多组分气体浓度 [J].光学精密工程，2013，21(11)：2771-2777.(ZHANG Zhi-rong，XIA Hua，DONG Feng-zhong，et al.Simultaneous and on-line detection of multiple gas concentration with tunable diode laser absorption spectroscopy [J].Optics and Precision Engineering，2013，21(11)：2771-2777.)[2]陈霄，隋青美，苗飞，等.应用单一超窄线宽激光器的多气体检测系统设计 [J].光学精密工程，2011，19(7)：1495-1502.(CHEN Xiao，SUI Qing-mei，MIAO Fei，et al.Design of detecting system for multi-component gases based on single ultar-narrow line width laser [J].Optics and Precision Engineering，2011，19(7)：1495-1502.)[3]Ye W L，Zheng C T，Yu X，et al.Design and perfor-mance of a mid-infrared CH4 detectioin device with novel three-channel-based LS-FTF self-adaptive denoising structure [J].Sensors and Actuatos B：Chemical，2011，155(1)：37-45.[4]康伟.基于BP神经网络的DFB激光器恒温控制系统建模与仿真 [J].激光杂志，2015，36(4)：59-61.(KANG Wei.Modeling and simulation of the constant temperature control system basedon BP neural network for DFB laser [J].Laser Journal，2015，36(4)：59-61.)[5]刘泽利.用于气体检测的高精度DFB激光器温控系统 [J].激光杂志，2014，35(12)：82-84. 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DFB激光器的饱和谱稳频系统软件设计
DFB激光器的饱和谱稳频系统软件设计DFB激光器的饱和谱稳频系统软件设计引言：激光技术在现代科学与工业领域中起着至关重要的作用。
DFB （分布式反馈）激光器是一种具有稳定频率和窄线宽的激光器，被广泛应用于通信、光谱分析、光纤传感等领域。
为了确保DFB激光器的稳定工作，需要设计一种饱和谱稳频系统软件。
本文将介绍该系统软件的设计原理和关键步骤。
一、设计目标：饱和谱稳频系统软件的设计目标是实现对DFB激光器频率的稳定控制。
具体要求包括：保持激光器的频率稳定性不高于设定阈值，实现频率调节范围的设定和控制，提供良好的用户界面和数据分析功能。
二、设计原理：1. 反馈调节：饱和谱稳频系统软件通过监测DFB激光器输出的光强，使用反馈调节的方法来实现频率的稳定控制。
软件通过采集光强信号，并与设定的阈值进行比较，通过控制反馈回路，调节DFB激光器的驱动电流来实现频率的稳定控制。
2. 算法选择：为了实现快速而准确的频率控制，设计中采用PID（比例-积分-微分）控制算法。
PID控制算法结合了比例、积分和微分三个环节，能够在不同时间尺度上进行控制，并能根据系统响应动态调整控制参数，从而实现快速而稳定的频率控制。
三、关键步骤：1. 光强信号采集：软件通过连接光电探测器，对DFB激光器输出的光强进行实时采集。
采集到的光强信号将用于后续的频率稳定控制。
2. 阈值设定：为了保持频率的稳定性，需要设定一个阈值，在此阈值范围内进行反馈调节。
阈值的选择需要根据具体应用来确定，一般通过实验和经验来确定一个合适的范围。
3. PID参数调整：PID控制算法中的参数对频率稳定性和控制速度都有重要影响。
为了得到最佳的调节效果，需要进行PID参数的调整。
通过实验和调试，确定最佳的PID参数设置，使控制效果达到最佳。
4. 用户界面设计：好的用户界面能够提高系统的易用性和操作便捷性。
设计中应充分考虑用户的需求和习惯，提供直观、友好的界面。
用户界面应包括频率设定、阈值设定、PID参数设定、光强曲线显示等功能。
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收稿日期：２０１７－０７－１４． 基金项目：国家自然科学基金河南人才培养联合基金资助项目（Ｕ１２０４６１３）． 作者简介：张 炜（１９７８－），男，河南安阳人，讲师，硕士，主要从事软件工程和网络工程等方面的研究．
本文已于 ２０１８－０６－０８１６∶３３在 中 国 知 网 优 先 数 字 出 版．网 络 出 版 地 址：ｈｔｔｐ：∥ ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２１．１１８９．Ｔ． ２０１８０６０６．１５０６．００８．ｈｔｍｌ
张 炜
（安阳工学院 计算机科学与信息工程学院，河南 安阳 ４５５０００）
摘 要：针对 ＤＦＢ激光器驱动电流随时间变化存在漂移和不稳定的问题，提出了基于遗传算法的 ＤＦＢ激光器驱动系统．该激光器驱动电源采用运算放大器深度负反馈原理来提高系统稳定性，通 过引入遗传算法来消除实际驱动电流值与理论值之间的微小差异，并利用该驱动电源对中心波长 为 １５６３０９ｎｍ的 ＤＦＢ激光器进行了驱动测试．结果表明，该系统的驱动电流范围为 ４０～８０ｍＡ， 电流的波动最大值为 ０６２μＡ，电流稳定度为 ００１５５％，能够实现高精度和宽范围的控制效果． 关 键 词：激光器；线性电源；恒流驱动电源；电压可控；遗传算法；低纹波；发光光谱；浓度
ＤＦＢ激 光 器 输 出 光 功 率 和 输 出 波 长 受 其 驱 动电流的影响．ＤＦＢ激光器有两种驱动模式：
１）直流驱动模式．对流经激光器 ＰＮ结的电 流进行深度负反馈处理，达到较高的电流稳定度 及较快的闭环响应时间，是一种最常见的半导体 激光器驱动方式．
２）恒定光功率驱动模式．由于激光器输出光 功率与其驱动电流存在一定的非线性关系，在激
探测 中图分类号：ＴＮ２１５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００－１６４６（２０１８）０５－０５５２－０６
ＤｅｓｉｇｎｏｆＤＦＢｌａｓｅｒｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄｏｎｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ＺＨＡＮＧ Ｗｅｉ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＡｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ａｎｙａｎｇ４５５０００，Ｃｈｉｎａ）
第 ５期
张 炜：基于遗传算法的 ＤＦＢ激光器驱动系统设计
５５３
虽然性能优越，电流波动最大值约为 ０２μＡ，电 流稳定度为 ０００５％，但是价格昂贵，且为通用性 仪器，体积较大．国内研制 ＤＦＢ驱动电源的厂商 主要以深圳市南方联合实业有限公司为代表，虽 然形成一定的产品，但是性能指标不高，电流波动 最大值仅为 １μＡ．因此，针对低电流纹波场合，需 要结合自身项目实际需求，自主研制高性能 ＤＦＢ 激光器驱动系统．
第４０卷 第５期 ２０１８年 ９月
沈 阳 工 业 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖｏｌ４０Ｎｏ５ Ｓｅｐ２０１８
ｄｏｉ：１０．７６８８／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１６４６．２０１８．０５．１３
基于遗传算法的 ＤＦＢ激光器驱动系统设计
光器内部封装光电二极管，通过检测激光器输出 功率，不断调整其驱动电流，保证激光器输出光功 率恒定［１－４］．
由于红外气体检测应用中需要保证 ＤＦＢ激 光器输出波长线性可调，因此，选择恒流驱动模式 来设计该驱动电路．在商品化 ＤＦＢ激光器驱动电 源方 面，国 外 厂 商 包 括 Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ、ＩＬＸｌｉｇｈｔ和 Ａｌｐｅｓｌａｓｅｒｓ公司等．国外成熟的激光器驱动产品
近些年，国内外很多科研机构和生产厂商均 研制了用于专业用途的半导体激光器温度控制系 统，在温度控制范围和控制精度方面做出了很多 贡献．国 外 生 产 厂 商 如 ＩＬＸ Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ，Ｔｈｏｒｌａｂｓ 和 Ｎｅｗｐｏｒｔ等的产品一般能够在 －５０～１００℃的 环境下正常工作，且控制精度不低于 ０００１℃．国 内方面，吉林大学和温州上通仪表公司联合研制 的 产品一般只能在常温下工作 ，控 制 精 度 仅 为 ±０１℃［５－６］．虽 然 国 外 半 导 体 激 光 器 温 度 控 制 器参数性能较为优越［７－８］，但是其体积庞大，价格 昂贵，不适合便携式红外气体检测仪器的需求．国 外产品的长期稳定度最优性能仅为 ±０１℃，不 能满足气体浓度高检测精度的要求［９－１０］．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｓｅｒ；ｌｉｎｅａｒｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；ｃｏｎｓｔａｎｔｃｕｒｒｅｎｔｄｒｉｖｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ；ｖｏｌｔａｇｅｃｏｎｔｒｏｌ；ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｌｏｗ ｒｉｐｐｌｅｗａｖｅ；ｅｍｉｔｔｉｎｇｓｐｅｃｔｒｕｍ；ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｄｒｉｆｔａｎｄｕｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｐｒｏｂｌｅｍｓｗｈｅｎｔｈｅＤＦＢｌａｓｅｒｃｈａｎｇｅｓｗｉｔｈｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔ， ａＤＦＢｌａｓｅｒｄｒｉｖｉｎｇｓｙｓｙｔｅｍ ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈａｄｏｐｔｉｎｇｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ ａｍｐｌｉｆｉｅｒｄｅｅｐｆｅｅｄｂａｃｋｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｗａｓｅｎｈａｎｃｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｌａｓｅｒｄｒｉｖｉｎｇｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈｉｖｉａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｃｔｕａｌａｎｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｄｒｉｖｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｖａｌｕｅｓｗａｓｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｄｒｉｖｉｎｇｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙ，ｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｔｅｓｔｏｎａＤＦＢ ｌａｓｅｒｗｉｔｈｔｈｅｃｅｎｔｅｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｏｆ１５６３０９ｎｍ ｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｄｒｉｖｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｏｆ ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ ｉｓｉｎｔｈｅｒａｎｇｅｆｒｏｍ４０ｔｏ８０ｍＡ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｉｍ ｃｕｒｒｅｎｔｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｉｓ０６２μＡ，ａｎｄｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔ ｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓ００１５５％，ｗｈｉｃｈｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎａｎｄｗｉｄｅｒａｎｇｅｃｏｎｔｒｏｌｅｆｆｅｃｔ．