[1]张会珍,孙 琦,王立杰,等.基于径向基神经网络的半导体激光器温度自抗扰控制[J].机械与电子,2025,(09):40-44.
　ZHANG Huizhen,SUN Qi,WANG Lijie,et al.Temperature Rejection Control of Semiconductor Laser Based on Radial Basis Neural Network[J].Machinery & Electronics,2025,(09):40-44.
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基于径向基神经网络的半导体激光器温度自抗扰控制
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《机械与电子》[ISSN:1001-2257/CN:52-1052/TH]

卷:
期数:
2025年09期
页码:
40-44
栏目:
自动控制与检测
出版日期:
2025-09-25

文章信息/Info

Title:
Temperature Rejection Control of Semiconductor Laser Based on Radial Basis Neural Network
文章编号:
1001-2257 ( 2025 ) 09-0040-05
作者:
张会珍; 孙 琦; 王立杰; 唐思懿; 侯 男
东北石油大学,黑龙江 大庆 163318
Author(s):
ZHANG Huizhen ;  SUN Qi ;  WANG Lijie ;  TANG Siyi ;  HOU Nan
( Northeast Petroleum University , Daqing 163318 , China )
关键词:
半导体激光器; 温度控制; 径向基神经网络; 自抗扰控制
Keywords:
semiconductor laser ;  temperature control ;  RBFNN ;  ADRC
分类号:
TN248 ;TP183
文献标志码:
A
摘要:
为解决半导体激光器在气体检测过程中易受到工作温度影响,产生波长偏移,进而降低浓度探测精度的问题,提出了一种基于径向基函数神经网络( RBFNN )的激光器温度自抗扰控制( ADRC )方法。设计了一个结合 RBF 神经网络的自抗扰控制器,采用梯度下降法实时调整扩张状态观测器中的非线性参数,优化温控系统的动态响应和抗扰性能。实验仿真结果表明,所提方法能够显著提高温控精度,稳态误差仅为 0.004 ℃ ,超调量为 0.93% ,调整时间为 13.8 s ,较传统 PID 和 ADRC 方法具有更优异的控制性能,具有较高的实用价值。
Abstract:
In order to solve the problem that semiconductor lasers are easily affected by the operating temperature during gas detection , resulting in wavelength shift , and then reducing the concentration detection accuracy , an auto disturbance rejection control ( ADRC ) method based on radial basis function neural network ( RBFNN ) was proposed.An active disturbance rejection controller combined with RBF neural network was designed , and the gradient descent method was used to adjust the nonlinear parameters in the dilated state observer in real time to optimize the dynamic response and anti-disturbance performance of the temperature control system.The experimental simulation results show that the proposed method can significantly improve the temperature control accuracy , the steady state error is only 0.004 ℃ , the overshoot is 0.93% , and the adjustment time is 13.8 s , which has better control performance and higher practical value than the traditional PID and ADRC methods.

参考文献/References:

[ 1 ] 韩团军,韦平平,黎高峰 . 基于 FPGA 的高精度半导体激光器温度控制系统设计[ J ] . 激光杂志, 2018 , 39 ( 9 ):47-50.

[ 2 ] 邓力华,阎屹,梁伟,等 . 可连续调谐的窄线宽外腔半导体激光器[ J ] . 中国激光, 2023 , 50 ( 23 ): 261-264.
[ 3 ] 卢伟业,朱晓睿,李越胜,等 .TDLAS 直接吸收法和波长调制法在线测量 CO2 的比较[ J ] . 红外与激光工程,2018 , 47 ( 7 ): 155-160.
[ 4 ] 徐一帆,施阳杰,邵景珍,等 . 大功率半导体激光器的高精度脉冲电源设计[ J ] . 激光技术, 2023 , 47 ( 1 ): 108-114.
[ 5 ] KOCH G J.Automatic laser frequency locking to gas absorption lines [ J ] .Optical engineering , 2003 , 42 ( 6 ): 1690-1693.
[ 6 ] CHENG Y P , WANG F P , WU J H , et al.Ultrastable laser wavelength locking technique optimized for WMS based methane detection [ J ] .IEEE Sensors journal , 2023 , 23 ( 7 ): 6757-6768.
[ 7 ] 熊佳慧,卜雄洙,杨昊青,等 .TDLAS 气体浓度检测中 DFB 激光器驱动及温控电路设计[ J ] . 电子测量技术,2020 , 43 ( 9 ): 161-165.
[ 8 ] 张安迪,张艳荣,李涛 . 论域可变的模糊 PID控制在半导体激光器温度控制系统中的应用[ J ] . 光学学报,2021 , 41 ( 12 ): 153-161.
[ 9 ] 孙磊,宫廷,郭古青,等 . 低成本半导体激光器二级高稳定温控系统研制[ J ] . 激光技术, 2025 , 49 ( 2 ): 239-244.
[ 10 ] 苏浩,朱学华,刘闯闯 . 高精度半导体激光器恒流恒温驱动电路设计[ J ] . 应用激光, 2022 , 42 ( 8 ): 139-148.
[ 11 ] 姜炎坤,朴亨,王鹏,等 . 采用线性自抗扰技术的高精度温度控制系统研制[ J ] . 红外与激光工程, 2023 , 52( 2 ): 296-301.
[ 12 ] 严索,李顶根,于召亮 . 基于 ADRC 的半导体激光器温度控制 的 仿 真 研 究[ J ] . 工 业 仪 表 与 自 动 化 装 置,2013 ,( 1 ): 3-5 , 45.
[ 13 ] 王泽元,魏志鹏,孙礼朋 . 用于 TDLAS 的半导体激光器温度控制系统设计[ J ] . 激光杂志, 2024 , 45 ( 9 ): 8-13.
[ 14 ] HAN J Q.From PID to active disturbance rejection control [ J ] .IEEE Transactions on industrial electronics , 2009 , 56 ( 3 ): 900-906.
[ 15 ] 黄一 . 关于自抗扰控制的稳定性分析[ J ] . 控制理论与应用,2024 , 41 ( 8 ): 1501-1505.

相似文献/References:

[1]牛德奎,周燕飞,罗福源.电子封装模具恒温控制系统的设计与实现[J].机械与电子,2016,(11):62.
　NIU Dekui,ZHOU Yanfei,LUO Fuyuan.Design and Implementation of Constant Temperature Control System in Electronic Packaging Mould[J].Machinery & Electronics,2016,(09):62.
[2]刘 斌１,龙健宁１,吴晟霖１,等.基于 ＡＴｍｅｇａ２５６０的金属ＦＤＭ 打印设备控制系统设计[J].机械与电子,2020,(05):13.
　,,et al.Design of Control System for Metal FDM Printing Equipment Based on Mega2560[J].Machinery & Electronics,2020,(09):13.
[3]李文武,陈佳楠.基于微热板的加热控温集成电路设计[J].机械与电子,2021,(04):23.
　LI Wenwu,CHEN Jianan. Temperature Control Integrated Circuit Design Based on MHP[J].Machinery & Electronics,2021,(09):23.
[4]陈艳芳.禽蛋工业化腌制温度控制方法设计[J].机械与电子,2021,(06):52.
　CHEN Yanfang.Design of Temperature Control Method for Industrialized Curing of Poultry Eggs[J].Machinery & Electronics,2021,(09):52.
[5]高华兴.基于参数辨识的半导体激光器温度自动控制[J].机械与电子,2022,(11):55.
　GAO Huaxing.Automatic Temperature Control of Semiconductor Laser Based on Parameter Identification[J].Machinery & Electronics,2022,(09):55.

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期: 2025-02-21
基金项目:海南省科技计划三亚崖州湾科技城联合项目资助( 2021JJLH0025 )
作者简介:张会珍 ( 1979- ),女,天津人,副教授,研究方向为检 测技术与自动化 装置,通 信作者, E-mail : 149004028@qq.com ;孙 琦 ( 2000- ),女,黑龙江黑河人,硕士研究生,研究方向为检测技术与自动化装置;王立杰 ( 1983- ),男,山东黄县人,博士研究生,研究方向为嵌入式系统;唐思懿 ( 1999- )女,四川成都人,硕士研究生,研究方向为双足轮式机器人控制;侯 男 ( 1990- ),女,黑龙江巴彦县人,博士研究生,研究方向为油气信息与控制工程。
更新日期/Last Update: 2025-09-29