使用模擬比例積分微分 (PID) 控制器的溫度控制是一種非常簡單的電路,是確保熱電冷卻器 (TEC) 的設置點能夠對溫度或者激光進行調節的有效方法。比例積分項協同工作,精確地伺服TEC的電流,以維持控制器的溫度設置點。與此同時,微分項對完成上述工作的速率進行調節,從而優化總體系統響應。如果可以對總體系統響應H (s) 進行描述,則為其設計 PID 控制器G (s) 的最為方便和有效的方法是利用 SPICE 進行仿真。
步驟1:確定SPICE模型的TEC/Temp傳感器熱阻抗。
要想把 SPICE 作為 PID 環路設計的一種有效工具,獲取溫度環路的熱響應非常重要,目的是獲得 PCBàTECà 激光二極管à 溫度傳感器接線的實際熱敏電阻、電容和傳輸函數。記住,由于實際熱特性會出現高達50%的變化,因此最好是向實際系統注入一個熱步進輸入,并對其進行測量,以獲得最佳的 SPICE 仿真熱模型。
如果對熱連接線進行描述,請使用“外環路、內環路”程序來確定G (s) 模塊中控制放大器的總體環路響應和穩定性。在所有情況下,都會使用一個非常大的電感來中斷外環路和內環路,并通過一個大電容器和 AC 電源激勵環路。
步驟 2:中斷G(s)和H(s)之間的外環路
外環路定義為圍繞G(s)和H(s)模塊的一條通路。使用圖 1 進行模擬的目標是中斷外環路,獲得H(s)、G(s)和總環路增益,以驗證熱環路穩定性。這種情況下,圖 2 顯示相位降至零度以下,而環路增益變為 0 dB,其表明整個環路不穩定。因此,改變 G(s)應加強 PID 控制,并增加溫度環路的穩定性。
圖 3 中改進型G (s) 模塊包括 PID 組件。微分電路的角頻由 R7 和 C3 設定;R3 設置比例增益;C2 和 R6 設置積分電路角頻。
步驟3:中斷G(s)“內環路”,確定本地放大器穩定性
構建完整 PID 組件的最后一步是中斷內環路,檢查本地放大器 (OPA2314) 的穩定性,從而確保其穩定性與總環路增益無關。在這種情況下,放大器要求使用一個50 pF電容器(請參見圖 4),以維持本地環路的穩定運行。
責任編輯:haq
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