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激光晶体温度控制是激光技术的研究热点,晶体工作温度不稳定会严重影响激光器的输出波长、输出功率及使用寿命。因此,为了保证激光晶体能够在高稳定的温度环境中工作,发挥更大的科研和应用价值,本文以提高温控系统的控制精度和稳定性,加快温度响应速度,减少系统成本为目标,通过对传统模拟PID、传统数字PID以及模糊控制三种控制算法进行研究与分析,提出了一种基于Fuzzy-PID参数自整定的高精度温度控制系统优化设计。论文研究的主要内容如下:首先,本文在传统PID温控设计的基础上,重点从激光晶体温度控制系统的模型、温度采集模块以及控制算法三个方面进行优化。采用系统辨识的方法确定了激光晶体温控装置最优数学模型,通过研究PID控制理论在温度控制系统中的应用,引入了模糊控制思想,设计了Fuzzy-PID控制器,并通过Matlab Simulink库搭建系统平台,对传统PID和Fuzzy-PID参数自整定控制进行了在线仿真比较。其次,对本文控制系统的软硬件进行设计。重点在优化系统中,以传统模拟PID控制系统为设计基础,以飞思卡尔K60单片机作为核心控制器,将模糊控制理论与传统数字PID相结合,采用模块化的设计思想编写了温控系统的控制程序,实现了PID参数在线实时调控。硬件方面,对温度传感器NTC热敏电阻和温度执行元件半导体制冷器(TEC)进行研究选取,设计了整个温度控制电路,包括温度测控电路、电源电路、TEC驱动电路以及通讯电路等;软件方面,对温度控制系统程序进行编写,包括中断服务、温度采集、数字滤波、Fuzzy-PID温度控制算法整定及通讯等程序。最后,制作了系统实物,并进行了相应实验测试。实验表明:本文设计的Fuzzy-PID参数自整定温度控制系统在10℃-60℃范围内温控精度能够长期稳定性小于±0.005℃。优化系统相比于传统模拟PID和数字PID控制系统在控温精度与稳定性方面都获得了更好的控制效果,具有升温速度快、超调小、控制精度及稳定性高等优点,达到了预期优化效果,基本验证了本文所提出优化温度控制系统的正确性与可行性。