【正文】 E、平均電流I 和PWM開或關(guān)時的平均電流變化率分別替代瞬時感應(yīng)電動勢ε、瞬時電流i和瞬時電流變化率。另外，在PWM驅(qū)動模式下，可能會出現(xiàn)電流斷續(xù)現(xiàn)象。因此文中不對電流斷續(xù)時的電機(jī)工作情況進(jìn)行單獨(dú)分析，認(rèn)為斷續(xù)時電流為0。此模式下有兩個控制方向(見圖 )，在一個方向上，b、c管截止，a管導(dǎo)通，d管在PWM控制下導(dǎo)通或截止(或d管導(dǎo)通，a管由PWM控制)；在另一個方向上，a、d管截止，b管導(dǎo)通，c管由PWM控制(或c管導(dǎo)通，b管由PWM控制)。受限單極模式下電機(jī)電壓u表達(dá)式: ()式中Us 為蓄電池電壓：t 為時間；α為占空比；T 為PWM周期。 雙極控制模式雙極模式下，a、d為一組，b、c為一組；同一組中的兩個功率管同時導(dǎo)通、同時截止，第二組功率管在PWM控制下交替導(dǎo)通和截止，即一種情況下，b、c管導(dǎo)通，在PWM控制下a管導(dǎo)通，d管截止(或在PWM控制下d管導(dǎo)通，a管截止)；在另一種情況下，b、c管截止，在PWM控制下a管導(dǎo)通，d管截止(或在PWM控制下d管導(dǎo)通，a管截止)。但雙極控制模式的最大缺點(diǎn)是同側(cè)對管狀態(tài)切換時存在同時導(dǎo)通(即短路)的可能，需要在切換時加入延時，這會使系統(tǒng)實(shí)際工作特性和理論分析有差別，也使得電路復(fù)雜，可靠性降低 。 受限單極模式加阻尼控制文獻(xiàn)在受限單極模式的基礎(chǔ)上，增加了一種阻尼控制模式，即有兩個控制方向，在一個方向上，b、c管截止，a管導(dǎo)通，d管在PWM控制下導(dǎo)通或截止(或d管導(dǎo)通，a管由PWM控制)；在另一個方向上，a、d管截止，b管導(dǎo)通，c管由PWM控制(或c管導(dǎo)通，b管由PWM控制)。因此，對受限單極模式加阻尼控制的控制方法就不做更加詳細(xì)的介紹了。在工業(yè)生產(chǎn)過程控制中，對模擬量的PID調(diào)節(jié)是一種常見的控制方式。PID調(diào)節(jié)器的基本原理如圖 。理想的PID調(diào)節(jié)器其控制規(guī)律為: （）式中，U(t)是PID調(diào)節(jié)器的輸出，e(t)是PID調(diào)節(jié)器的輸入，Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)。比例控制反應(yīng)快，但是對某些系統(tǒng)，可能存在穩(wěn)態(tài)誤差。（2）積分環(huán)節(jié)：積分的控制作用主要用于消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高系統(tǒng)的無差度。積分環(huán)節(jié)可能使系統(tǒng)的頻帶變窄。（3）微分環(huán)節(jié)：微分的作用是能反映偏差信號的變化速率，具有預(yù)見性。由于微分反映的是變化率，所以當(dāng)輸入沒有變化時，微分環(huán)節(jié)的輸出為零。圖 PID控制電路圖 ，它主要是由U5及其附屬電路組成的。. 圖 PID調(diào)節(jié)器的頻率—幅度特性圖從上圖可以看出PID調(diào)節(jié)器實(shí)際上就是一個對高頻進(jìn)行抑制的電路系統(tǒng)，它極大地改善了信號的信噪比，是實(shí)現(xiàn)高精度控制的重要保證之一。本章分別介紹了幾種驅(qū)動原理和PID溫度補(bǔ)償控制原理。而PWM驅(qū)動的原理，即脈沖寬度調(diào)制，指將輸出信號的基本周期固定，通過調(diào)整基本周期內(nèi)工作周期的大小來控制輸出功率，根據(jù)對4個功率管的工作狀態(tài)(導(dǎo)通、截止)控制方式的不同, PWM控制有不同的模式：受限單極模式、雙極控制模式、受限單極模式加阻尼控制。通過本章幾種驅(qū)動原理的介紹，為下面的溫控電路的分析打下基礎(chǔ)。由于溫度對半導(dǎo)體激光器輸出功率有影響，在環(huán)境溫度變化較大的情況下，即使單片機(jī)的D/A寄存器溢出，也不能實(shí)現(xiàn)功率的穩(wěn)定。這樣不僅提高了激光器對環(huán)境的適應(yīng)能力，而且還實(shí)現(xiàn)了輸出功率的穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確。圖 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 線性功率管溫控電路，由三部分組成：橋式電路、差分放大電路和推挽式功率管驅(qū)動。對該電路圖分析可以得到： （） （）通常 ，可得： （）在常溫(25℃)下，可得 則。當(dāng)溫度升高時，減小，反之，則增加。由于加熱制冷的電流大小決定于電阻R4，因此可以通過提高該電阻的精度來提高溫度控制精度。由4個場效應(yīng)管構(gòu)成H橋結(jié)構(gòu)，可以讓電流以不同的方式流過負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)致冷和加熱?，F(xiàn)在常用的MAXIM公司的MAX1978，ANALOG DEVICE公司的ADN8830溫度控制芯片都是基于PWM驅(qū)動的。誤差放大器提供設(shè)定點(diǎn)溫度電壓與溫度敏感器敏感到的負(fù)載器件實(shí)際溫度之間的誤差量，并放大。輸出功率驅(qū)動器用于驅(qū)動TEC，采用脈寬調(diào)制(PWM)方式。同樣，多晶硅紅外探測器也對溫度很敏感。ADI 公司推出的ADN8830 是一種具有高輸出效率的TEC 控制器。這種包含線性和開關(guān)級輸出方式的專利技術(shù)可以減少一半的輸出電流紋波，也可以減少一些外圍器件，同時還可以提高效率。在小信號工作方式下，線性模式輸出級將工作在線性模式，從而為TEC 在加熱和制冷方式間轉(zhuǎn)換提供平穩(wěn)的過渡。用ADN8830 單片解決方案不但能改進(jìn)噪聲性能，而且還增加了可靠性，減小了印制電路板（PCB）尺寸，提高了總體性能?！妫蕛?yōu)于90%，紋波電壓噪聲小于1%。圖 的基本功能框圖。期望的目標(biāo)物體溫度是用一個設(shè)定點(diǎn)電壓來表示的，與溫度傳感器產(chǎn)生的表示實(shí)際目標(biāo)物體溫度的電壓通過一個OP運(yùn)放進(jìn)行比較，然后產(chǎn)生一個偏差電壓。H橋同時控制TEC電流的方向和大小。當(dāng)控制環(huán)路達(dá)到平衡時，TEC 的電流方向和幅值就調(diào)整好了，目標(biāo)物體溫度也就達(dá)到了設(shè)定的溫度，圖中虛線內(nèi)為TEC 控制器的通常功能模塊?！妫?。在MAX1978構(gòu)成的痕量氣體光譜法檢測系統(tǒng)中，該電路以MAX1978為核心?！妗０雽?dǎo)體制冷器的驅(qū)動部分采用H橋結(jié)構(gòu)，單個半導(dǎo)體制冷器就能達(dá)到高于或者低于溫室設(shè)置，無控制死區(qū)。圖 電路原理圖現(xiàn)在常用的MAXIM公司的MAX1978，ANALOG DEVICE公司的ADN8830溫度控制芯片都是基于PWM驅(qū)動的。在對幾種驅(qū)動原理的學(xué)習(xí)后，進(jìn)一步對電路進(jìn)行分析。從電路可看出，由于加熱制冷的電流大小決定于電阻R4，因此可以通過提高該電阻的精度來提高溫度控制精度。誤差放大器提供設(shè)定點(diǎn)溫度電壓與溫度敏感器敏感到的負(fù)載器件實(shí)際溫度之間的誤差量，并放大。輸出功率驅(qū)動器用于驅(qū)動TEC，采用脈寬調(diào)制(PWM)方式。并將MAX1978，ADN8830溫度控制芯片分別構(gòu)成的溫控電路和線性功率管溫控電路進(jìn)行比較，得出ADN8830和MAX1978單芯片控制器的主要優(yōu)點(diǎn)是:控制精度高，℃ , ℃；系統(tǒng)功耗低，采用MOSFET開關(guān)管，導(dǎo)通時電阻很小，大大降低了系統(tǒng)功耗；芯片體積小，集成度高，需要的外圍配置電路簡單，片上集成MOSFET管，不需要外接MOSFET管。進(jìn)而了解半導(dǎo)體激光器的基本結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體激光器雖說屬于一種固體激光器，但它是使用注入電流的方法，依靠電流流經(jīng)介質(zhì)產(chǎn)生電子和空穴的復(fù)合過程形成光輻射，因此，不需要外部的泵浦源。半導(dǎo)體激光器是以一定的半導(dǎo)體材料作工作物質(zhì)而產(chǎn)生受激發(fā)射作用的器件。最后基于對TEC線性驅(qū)動、PWM驅(qū)動的幾種模式和PID溫度補(bǔ)償控制原理的了解，進(jìn)而對線性功率管溫控電路和TEC脈沖寬度驅(qū)動溫控電路進(jìn)行分析和比較，得出PWM型的溫度控制電路的全溫控制性能比TEC線性驅(qū)動功率管要好，功耗要小，電路設(shè)計(jì)更加簡單，電路板占用空間小等優(yōu)點(diǎn)；采用PID控制補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)可以改善TEC溫控電路的性能，但是針對不同類型的光源，由于光源內(nèi)部工藝結(jié)構(gòu)有一定的差異，數(shù)學(xué)模型參數(shù)有所變化，PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)也不一樣，在應(yīng)用中需要根據(jù)具體的光源來選擇PID補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，以使系統(tǒng)的溫控性能最優(yōu)。在論文的選題、研究以及撰寫過程中，自始至終得到了指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)和熱情幫助，其中無不凝聚著指導(dǎo)老師的心血和汗水。指導(dǎo)老師及各科任老師的指導(dǎo)將使我終生受益，在此向老師們表示深深的感謝！衷心感謝對我論文進(jìn)行評審的各位領(lǐng)導(dǎo)老師，感謝你們對我的論文指導(dǎo)并給我提出寶貴意見！ 衷心感謝我的父母，是他們給了我精神的動力，是他們給了我衣食無憂的生活，一直支持我完成學(xué)業(yè)，使我永遠(yuǎn)不會感覺孤單和疲倦