一种提高温控PID参数整定效率的方法和激光器装置与流程

本发明涉及温度控制，特别是涉及一种提高温控pid参数整定效率的方法和激光器装置。

背景技术：

1、在激光精密计量、激光通信、高分辨光谱和激光冷原子实验等领域中，需要激光器的温度保持高度的稳定，从而避免激光频率的漂移。通常利用比例-积分-微分(proportionintegration differentiation，简写为pid)闭环控制算法，调节半导体制冷器(thermoelectric cooler，简写为tec)的输出，实现温度的有效调节。其中，pid控制具有简单的结构，对模型误差具有鲁棒性及易于操作等优点，在实际应用中相较其他方法又更易于整定计算，所以被广泛应用于工业过程控制；tec通过改变电流方向来实现加热和制冷，在室温附近的温度范围内可作为冷源和热源使用，是目前温度控制精度最高的一种温控器件。

2、由于激光器的应用场景或实验功能往往不同，因此常需要在不同的激光器和温控tec(不同的工作温度范围和温度精度)上实现不同温度下的精准控制。通过对温控tec的输出的pid参数进行整定，实现不同温度下的精准控制。pid参数的整定是一个复杂的过程，一般需要根据激光器和温控tec(即被控对象)多次进行参数调整和测试。

3、现有技术采用工程整定法、理论计算整定法和模式识别法等方法进行pid参数的整定计算。但这类方法需要对整个激光器装置(即包含温控tec的激光器)进行数个甚至数十个完整的输入-输出响应，操作复杂，需要花费较大的时间和精力，严重影响了激光器装置的测试和运行的效率。且为了对pid参数进行整定，在每次完整响应中均需要使激光器处于其温度或电流过载的边界值，极有可能出现温度过载或电流过载的情况，导致激光器中的激光管被损坏，实用性差。

4、鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种提高温控pid参数整定效率的方法和激光器装置，解决现有技术整定温控pid参数时效率较低、实用性差，且极有可能损坏激光器装置中的激光管的问题。

2、本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种提高温控pid参数整定效率的方法包括：

4、确定与待整定的实际激光器装置相匹配的参考激光器装置；

5、获取所述参考激光器装置在预设条件下的参考温度变化差值，获取所述参考激光器装置所对应的参考pid参数；

6、在相同的预设条件下，测定所述实际激光器装置的实际温度变化差值，将所述参考温度变化差值与所述实际温度变化差值之比确定为pid修正系数；

7、根据所述pid修正系数和所述参考pid参数，得到所述实际激光器装置的最终pid参数。

8、进一步地，所述实际激光器装置包括实际激光器和实际温控tec；

9、所述确定与待整定的实际激光器装置相匹配的参考激光器装置包括：

10、获取与所述实际激光器的散热参数之差在预设范围内的激光器作为参考激光器；

11、获取与所述实际温控tec的散热参数之差在预设范围内的温控tec作为所述参考温控tec；

12、由所述参考激光器和所述参考温控tec所构成的激光器装置为参考激光器装置。

13、进一步地，所述参考激光器装置和所述实际激光器装置均为模块化结构的激光器装置，所述参考激光器装置与所述实际激光器装置中相应的功能模块具备相同的外形尺寸；

14、所述参考激光器和所述实际激光器的整体外形之间的差异小于设定的变化区间；所述参考温控tec和所述实际温控tec的整体外形之间的差异小于设定的变化区间。

15、进一步地，所述实际激光器与所述参考激光器具有相同的封装类型；所述实际温控tec与所述参考温控tec具有相同的封装类型。

16、进一步地，所述提高温控pid参数整定效率的方法还包括：

17、预先获取至少一种类型的参考激光器和至少一种类型的参考温控tec，将不同类型的参考激光器和不同类型的参考温控tec两两组合，构建至少一种参考激光器装置；

18、对每个参考激光器装置进行整定，得到每个参考激光器装置所对应的参考pid参数，将每个参考激光器装置与相应的参考pid参数形成映射关系，以构建映射表。

19、进一步地，所述获取所述参考激光器装置所对应的参考pid参数包括：

20、根据所述参考激光器装置查询所述映射表，从所述映射表中查找到所述参考激光器装置所对应的参考pid参数。

21、进一步地，所述提高温控pid参数整定效率的方法还包括：

22、关闭参考激光器装置的pid控制功能，在参考激光器装置上，加载预设控制电流，测定参考激光器装置在预设维持时间内的温度变化差值；

23、将每个参考激光器装置、参考pid参数、温度变化差值、温度变化差值所对应的预设控制电流和预设维持时间的形成映射关系，以构建映射表。

24、进一步地，所述获取所述参考激光器装置在预设条件下的参考温度变化差值包括：

25、根据所述参考激光器装置查询所述映射表，从所述映射表中查找到所述参考激光器装置所对应的参考温度变化差值，以及参考温度变化差值所对应的预设控制电流和预设维持时间；

26、或，关闭所述参考激光器装置的pid控制功能，在所述参考激光器装置上，加载预设控制电流，测定所述参考激光器装置在预设维持时间内的参考温度变化差值；

27、其中，所述预设控制电流和所述预设维持时间构成预设条件；

28、所述在相同的预设条件下，测定所述实际激光器装置的实际温度变化差值包括：

29、在所述实际激光器装置上，加载所述预设控制电流，测定所述实际激光器装置在所述预设维持时间内的实际温度变化差值。

30、进一步地，所述根据所述pid修正系数和所述参考pid参数，得到所述实际激光器装置的最终pid参数包括：

31、将所述pid修正系数乘以所述参考pid参数得到实际pid参数；

32、对所述实际pid参数进行调节，直至所述实际激光器装置的实际温度与目标温度的差异小于设定温度阈值，得到所述最终pid参数。

33、第二方面，本发明还提供了一种激光器装置，用于实现第一方面所述的提高温控pid参数整定效率的方法，所述激光器装置包括：

34、至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，用于执行第一方面所述的提高温控pid参数整定效率的方法。

35、第三方面，本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，用于完成第一方面所述的提高温控pid参数整定效率的方法。

36、区别于现有技术，本发明至少具有以下有益效果：

37、本发明通过确定与待整定的实际激光器装置相匹配的参考激光器装置，获取所述参考激光器装置在预设条件下的参考温度变化差值，获取所述参考激光器装置所对应的参考pid参数，得到实际激光器装置的温控参考基准；在相同的预设条件下，测定所述实际激光器装置的实际温度变化差值，将所述参考温度变化差值与所述实际温度变化差值之比确定为pid修正系数，根据所述pid修正系数和所述参考pid参数，得到所述实际激光器装置的最终pid参数，避免对实际激光器装置进行pid参数整定时，不断修正测试或激励响应的操作过程，简化操作，且不损坏激光器装置中的激光管，使实际激光器装置能快速的实现温度控制的准确性和稳定性，提高了温控pid参数整定的效率和实用性。