基于FPGA的脈沖光纖激光器功率控制系統(tǒng)設計
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3．3 功率控制模塊
對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)是一種自動控制系統(tǒng)。其優(yōu)點是：其不依賴于精確的數(shù)學模型；并具有數(shù)學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)律就越復雜，基于模糊合成推理的控制算法的計算機實現(xiàn)就更困難。在權衡
了該系統(tǒng)的設計要求與實現(xiàn)復雜度兩方面因素后，采用雙輸入單輸出的二維模糊控制器設計。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/189607.htm
如圖8所示為功率控制組成原理，首先由光電探測器將光纖激光器輸出的微弱光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過放大濾波后轉(zhuǎn)換為容易被處理的模擬電信號。將該信號通過A／D轉(zhuǎn)換為可以被FPGA處理的數(shù)字信號，同時將其存入到寄存器中進行緩存處理。對存入到緩存中的數(shù)據(jù)，一是用來與預先設定的功率值進行比較產(chǎn)生誤差值E；二是當下一個時鐘上升沿到來時，通過加減法器把前后兩次測量結(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，對存儲在只讀存儲器ROM中的模糊控制規(guī)則表進行數(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，當其反饋值小于設定值150時，說明反饋值減小，此時FPGA根據(jù)設定模糊控制規(guī)則，會使種子源的輸出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，D／A輸出模擬電壓值穩(wěn)定在約3 V，當光電探測器探測的光功率反饋值大于設定功率值時，F(xiàn)PGA通過查找存儲在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，此時使設定的功率值與實際測量的功率值相等。
4 結(jié)束語
根據(jù)脈沖光纖激光器在激光打標中的工作原理，設計了以FPGA芯片為核心的功率控制系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)實現(xiàn)了各功能模塊設計，并具有處理速度快、安全系數(shù)高等特點。能夠滿足光纖激光打標機的指標要求。同時為使該系統(tǒng)得到進一步的推廣應用，還需要對功率控制算法進行完善，使其輸出的功率更加穩(wěn)定。
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