无论半导体激光器应用在任何领域,总是希望它能长期稳定地工作。半导体激光器除去激光器本身的性能因素外,造成器件退化和不稳定的因素很多,如环境温度不稳定、驱动电流波动、频繁的浪涌冲击以及散热等问题。因此半导体激光器的稳恒控制显得极为重要。半导体激光器稳恒控制系统包括恒电流控制、恒功率控制和恒温度控制三个方面。本论文属于恒温控制单元的设计与研究范畴。恒温控制单元的控制模式包括线性模式和开关模式。开关模式与线性模式相比具有效率高、热功耗小的优点。本文的部分内容是对恒温控制单元驱动模式的分析介绍,但主要工作是对恒温控制单元算法的研究。激光二极管的工作温度与激光二极管的类型有关。小功率激光二极管可以采用简单的被动散热;高功率激光二极管阵列一般需要水冷,通过调节循环管道内水流量来达到温控的目的。这种控制方法精度不高,使用也不方便。若要求激光二极管具有高稳定性,则需要利用半导体制冷器(TEC Thermoelectric Coolers)作为温控系统的控温执行器件。目前,许多激光器的温度控制系统都采用TEC作为温度控制的执行器件。当TEC通过直流电流时,由改变驱动TEC电流的方向来实现制冷或者加热;精密调节致冷器的电流或电压大小,就可以实现精密温控,这是本文的设计核心部分—智能温度控制部分。本论文针对用TEC作为温度控制的执行器件进行恒温控制。恒温控制方法很多,本文对传统的PID控制,现代的模糊控制与模糊自整定PID参数控制单元分别进行理论分析比较, 最后确定了Fuzzy- PID半导体激光器恒温控制单元的执行方案。计算机仿真是对控制系统进行科学研究的十分重要的手段。通过计算机仿真来对比各种控制策略和方案、优化并确定相关参数、以获得最佳控制效果,这是新型控制策略与算法研究中必不可少的技术。MATLAB中的SIMULINK为复杂的控制系统提供了较为简化、有效和准确的计算机仿真手段。它是工程控制系统设计的最为有利的助手。本文对半导体激光器恒温控制单元进行了三种控制方式的分析与计算机仿真,包括:传统的PID控制、单纯的Fuzzy控制和模糊自整定PID参数控制,最后择优应用。首先,本文从研究半导体激光器恒温控制系统的意义出发,对国内外半导体激光器恒温控制器产品现状进行了分析,详细阐述了半导体激光器恒温控制单元的框架结构功能。然后,为了能让模糊自整定PID参数控制方案在半导体激光器的温度控制系统中得到应用,本文还在热敏电阻的非线性拟合设计中进行了软件编程,利用软件对热敏电阻的拟合得出了较好的效果。此外,本文针对数据采样部分的电路设计进行改进,并且给出了相应的实验数据。本文所提出的模糊控制单元也可以推广应用到其它类型的非线性控制系统中。本论文为半导体激光器温度控制系统的整体设计提供铺垫,但模糊PID控制算法在温度控制系统中的应用需要在进一步的实验中继续研究。