一种稳频激光器的自动化PID整定方法及系统技术方案

技术编号：41133782 阅读：4 留言：0更新日期：2024-04-30 18:04

本发明专利技术公开了一种稳频激光器的自动化PID整定方法及系统，包括：将存在最佳P、I、D三个参数的区间分为n等份，得到P<subgt;1</subgt;,P<subgt;2</subgt;......P<subgt;n</subgt;，I<subgt;1</subgt;,I<subgt;2</subgt;......I<subgt;n</subgt;和D<subgt;1</subgt;,D<subgt;2</subgt;......D<subgt;n</subgt;；选择P<subgt;1</subgt;I<subgt;1</subgt;D<subgt;1</subgt;，将待整定激光器锁定；待整定激光器与参考激光器或光梳的输出光进行耦合，统计激光拍频值，并传输至处理器；处理器对一段时间内记录的频率值进行评价，并记录P<subgt;1</subgt;I<subgt;1</subgt;D<subgt;1</subgt;所对应的评分结果；重复上述操作遍历剩余的PID参数，得到P<subgt;2</subgt;I<subgt;2</subgt;D<subgt;2</subgt;～P<subgt;n</subgt;I<subgt;n</subgt;D<subgt;n</subgt;所对应的评分结果；选择评分最高的PID参数，作为整定后的PID参数值。本发明专利技术无需人工参与，可自动化地整定PID参数，使得激光器稳频效果更一致。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及自动控制，具体涉及一种稳频激光器的自动化pid整定方法及系统。

技术介绍

1、激光稳频的基本原理是基于参考信号使用pid控制器对激光器腔长进行调整，实现频率的稳定。传统的稳频激光器pid整定方式是基于经验进行人工调整，整定效果受从业人员水平影响且整定时长较长。为了提高激光器的稳频性能，改进pid也被应用于激光稳频领域，最常见的是模糊pid。模糊pid可以先验知识动态调节pid在激光器运行阶段的具体参数，使得激光器抗逆性更强，可以适应更多的环境。但模糊pid控制器的整定需要人工设定模糊域，模糊域的选择将直接影响pid的控制效果，而对于某种类型的激光器，其工作特性往往差距较大，因此在激光稳频领域内应用的多数模糊pid控制器的整定时间以及控制效果并未显著优于传统的pid整定方式。

2、当前在激光稳频领域内，pid整定技术存在的问题有二：

3、其一是pid整定需要人的经验参与，具体的整定效果主要取决于整定该激光器的人经验丰富程度，这使得激光器的品质难以控制。

4、其二是当前的pid整定技术都是基于反馈信号和参考信号间的误差信号的变化情况进行整定，但误差信号大多并非真实物理值。具体在激光稳频领域，如热稳频he-ne激光器利用pid控制器使得两个纵模光强相等，使得激光器的频率与增益曲线的中心位置相对锁定。但激光器两纵模光强和激光器频率并非严格对应；因此，当激光器良好地使输出光的两个纵模光强相同时，其仍存在频率漂移现象。而碘稳频he-ne激光器使用碘分子的饱和吸收光谱进行频率稳定，但pid控制

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足之处，本专利技术提供一种稳频激光器的自动化pid整定方法及系统，其通过对待整定激光器真实光频率值进行评价，从而自动整定激光器pid参数。

2、本专利技术公开了一种稳频激光器的自动化pid整定方法，包括：

3、将存在最佳p、i、d三个参数的区间分为n等份，得到p1,p2......pn，i1,i2......in和d1,d2......dn；

4、选择p1i1d1，将待整定激光器锁定；

5、待整定激光器与参考激光器或光梳的输出光进行耦合，统计激光拍频值，并传输至处理器；

6、处理器对一段时间内记录的频率值进行评价，并记录p1i1d1所对应的评分结果；

7、重复上述操作遍历剩余的pid参数，得到p2i2d2～pnindn所对应的评分结果；

8、选择评分最高的pid参数，作为整定后的pid参数值。

9、作为本专利技术的进一步改进，评分的计算公式为：

10、分数＝(允许的阿伦方差最差结果-当前阿伦方差结果)/(理论阿伦方差最优结果-允许的阿伦方差最差结果)×a+频率极差/允许的频率极差最差结果×b+(频率平均值-理想值)/允许偏移的频率值×c；a、b、c为常数，且a+b+c＝1。

11、作为本专利技术的进一步改进，a取0.4，b、c取0.3。

12、作为本专利技术的进一步改进，所述待整定激光器与参考激光器或光梳的输出光进行耦合，统计激光拍频值，并传输至处理器；包括：

13、待整定激光器与参考激光器或光梳的输出光经分光棱镜进行空间耦合；

14、光电探测器将耦合光的拍频信号转化为电信号输出至频率计数器；

15、频率计数器将得到的激光拍频值传输至处理器。

16、作为本专利技术的进一步改进，还包括：

17、处理器将当前pid参数的评分结果与当前pid参数上传至计算机，之后使待整定激光器失锁，调整pid控制器的参数后，进行下一次锁定记录过程。

18、作为本专利技术的进一步改进，处理器对记录的5～10min的频率值进行评价。

19、本专利技术还公开了一种稳频激光器的自动化pid整定系统，用于实现上述的自动化pid整定方法，包括：参考激光器或光梳、待整定激光器、分光棱镜、光电探测器、频率计数器、处理器、计算机和pid控制器；其中，

20、分光棱镜，用于将待整定激光器与参考激光器或光梳的输出光进行耦合，并输送至光电探测器；

21、光电探测器，用于将耦合光的拍频信号转化为电信号，并输送至频率计数器；

22、频率计数器，用于统计激光拍频值，并传输至处理器；

23、处理器，用于通过搭载的遍历算法依次改变pid控制器的pid参数值，并锁定待整定激光器；以及，用于对一段时间内记录的频率值进行评价，并记录p1i1d1所对应的评分结果；

24、计算机，用于记录处理器上传的当前pid参数的评分结果与当前pid参数，并选择评分最高的pid参数，作为整定后的pid参数值。

25、作为本专利技术的进一步改进，所述处理器包括微控制器、dsp、fpga和pc中的一种。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：

26、本专利技术在整定pid参数时无需人工参与，可自动化地整定pid参数，使得激光器稳频效果更一致；由于采用真实的激光器频率进行pid的评价，因此，所得到的pid参数拥有更好的稳频效果。

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【技术保护点】

1.一种稳频激光器的自动化PID整定方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的自动化PID整定方法，其特征在于，评分的计算公式为：

3.如权利要求2所述的自动化PID整定方法，其特征在于，A取0.4，B、C取0.3。

4.如权利要求1所述的自动化PID整定方法，其特征在于，所述待整定激光器与参考激光器或光梳的输出光进行耦合，统计激光拍频值，并传输至处理器；包括：

5.如权利要求1所述的自动化PID整定方法，其特征在于，还包括：

6.如权利要求1所述的自动化PID整定方法，其特征在于，处理器对记录的5～10min的频率值进行评价。

7.一种稳频激光器的自动化PID整定系统，用于实现如权利要求1～6中任一项所述的自动化PID整定方法，其特征在于，包括：参考激光器或光梳、待整定激光器、分光棱镜、光电探测器、频率计数器、处理器、计算机和PID控制器；其中，

8.如权利要求7所述的自动化PID整定系统，其特征在于，所述处理器包括微控制器、DSP、FPGA和PC中的一种。

【技术特征摘要】

1.一种稳频激光器的自动化pid整定方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的自动化pid整定方法，其特征在于，评分的计算公式为：

3.如权利要求2所述的自动化pid整定方法，其特征在于，a取0.4，b、c取0.3。

4.如权利要求1所述的自动化pid整定方法，其特征在于，所述待整定激光器与参考激光器或光梳的输出光进行耦合，统计激光拍频值，并传输至处理器；包括：

5.如权利要求1所述的自动化pid整定方法，其特征在于，还包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：殷聪，邹金澎，王建波，毕文文，朱怡轩，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：

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