功率穩(wěn)定可調(diào)LD驅(qū)動電路的設(shè)計

由上述可見，驅(qū)動電流由V1及小電阻Rs決定。在實(shí)際中取Rs為30Ω的高精度電阻，則由上式可得滿量程電流為150mA。由于LD正常工作時，其壓降為2V左右，所以這樣設(shè)計驅(qū)動電流最大值不會超過100mA，對LD可以起到保護(hù)作用。故驅(qū)動電流在0～100mA之間可調(diào)。由上式可見，最大驅(qū)動電流可以通過調(diào)節(jié)Rs的大小來得到，設(shè)計靈活性較大。

此外 ，電路中單片機(jī)與計算機(jī)間通過RS232串行口進(jìn)行通信，采用的RS232收發(fā)器為MAX3232。計算機(jī)通過串口可對LD的初始驅(qū)動電流、參考監(jiān)測電壓進(jìn)行設(shè)置，還可以對PID數(shù)字調(diào)節(jié)器的比例、積分、微分系數(shù)進(jìn)行設(shè)定，這樣可以方便快捷地整定出調(diào)節(jié)器的參數(shù)。存儲器中存放一些設(shè)定參數(shù)以及暫存PID運(yùn)算的中間結(jié)果。

數(shù)字PID調(diào)節(jié)

PID調(diào)節(jié)器控制結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)容易調(diào)整，不必求出被控對象的數(shù)字模型便可調(diào)節(jié)。其輸入e(t)與輸出u(t)間的關(guān)系為：

為了實(shí)現(xiàn)編程，將上式寫成離散化，可寫出第k次采樣式PID的輸出表達(dá)為：

式中，E(k)為第k次采樣式的偏差值。設(shè)監(jiān)測電壓設(shè)定值為V0set，差分放大器第k次輸出的采樣值為Vo(k)，則：

E(k)=Voset-Vo(k) (5)

為程序設(shè)計方便，將式(4)作進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)比例輸出為：Up(k)=KpE(k),積分項(xiàng)輸出為：Ui(k)=K1E(k)+P1(k-1)，微分項(xiàng)輸出為：UD(k)=Kd[E(k)-E(k-1)],那么式(4)可寫成：

U(k)=U p(k)+Ui(k)+UD(k) (6)

式(6)即為離散化的位置型PID編程方式，一般采用浮點(diǎn)運(yùn)算。當(dāng)Kp、KI、KD分別給出且存放在指不定期的內(nèi)部RAM中時，則完成式(6)位置型浮點(diǎn)運(yùn)算PID運(yùn)算程序的流程圖如圖5所示(初始化程序設(shè)置初值使E(k-1)=UI(k-1)=0)。

在PID三種作用中，比例作用可對偏差作出及時響應(yīng);積分作用主要用來消除靜差，改善系統(tǒng)的靜態(tài)特性;身分作用主要用來減少超調(diào)，克服振蕩，使系統(tǒng)趨向穩(wěn)定，加快系統(tǒng)的動作速度，減少超調(diào)時間，改善系統(tǒng)的動態(tài)特性。若能將三種作用的強(qiáng)度配合適當(dāng)，可以使控制器快速、平穩(wěn)、準(zhǔn)確，從而獲得滿意的控制效果。PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定可以使用擴(kuò)充臨界比例度法。

該設(shè)計將經(jīng)典PID控制理論融入激光二極管功率控制中，采用數(shù)字調(diào)節(jié)方式，初始驅(qū)動電流(LD輸出功率)可設(shè)置，最小電流可調(diào)量小，調(diào)節(jié)精度高，最大驅(qū)動電流可變。將該驅(qū)動電路與溫度控制電路配合使用(LD的閾值電流和輸出功率受工作溫度的影響較大)，可使激光二極管輸出功率高度穩(wěn)定且可調(diào)。