基于FPGA的脉冲光纤激光器功率控制系统设计
3．3 功率控制模块
对脉冲光纤激光器输出平均功率的控制，采用模糊控制方法来保证输出功率的稳定性。模糊控制系统是一种自动控制系统。其优点是：其不依赖于精确的数学模型；并具有数学控制的精确性和软件编程的灵活性。由模糊控制理论可知，模糊控制系统所用的模糊控制器维数越高，系统的控制精度就越高。但是维数选择越高，模糊控制规律就越复杂，基于模糊合成推理的控制算法的计算机实现就更困难。在权衡
了该系统的设计要求与实现复杂度两方面因素后，采用双输入单输出的二维模糊控制器设计。
如图8所示为功率控制组成原理，首先由光电探测器将光纤激光器输出的微弱光信号转换为电信号，通过放大滤波后转换为容易被处理的模拟电信号。将该信号通过A／D转换为可以被FPGA处理的数字信号，同时将其存入到寄存器中进行缓存处理。对存入到缓存中的数据，一是用来与预先设定的功率值进行比较产生误差值E；二是当下一个时钟上升沿到来时，通过加减法器把前后两次测量结果相减得到误差值EC。根据获得的误差值E和误差的变化EC，对存储在只读存储器ROM中的模糊控制规则表进行数据查询，并将获得的数据通过D／A转换为模拟量来控制半导体激光器输出电流的大小，从而控制脉冲光纤激光器输出平均功率的大小。
图9(a)所示为模糊控制仿真功能图，图中mo_feedback为种子源功率反馈值，当其反馈值小于设定值150时，说明反馈值减小，此时FPGA根据设定模糊控制规则，会使种子源的输出mo_out值增大。图9(b)为在FPGA模糊控制下的D／A转换模拟量输出，其输出电压值将控制LD输出电流的大小。在工作正常时，D／A输出模拟电压值稳定在约3 V，当光电探测器探测的光功率反馈值大于设定功率值时，FPGA通过查找存储在ROM中的模糊控制表来减小输出的模拟电压，最后使输出模拟电压约稳定在0．5 V，此时使设定的功率值与实际测量的功率值相等。
4 结束语
根据脉冲光纤激光器在激光打标中的工作原理，设计了以FPGA芯片为核心的功率控制系统。实验结果表明，该系统实现了各功能模块设计，并具有处理速度快、安全系数高等特点。能够满足光纤激光打标机的指标要求。同时为使该系统得到进一步的推广应用，还需要对功率控制算法进行完善，使其输出的功率更加稳定。
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