激光拉曼光谱仪连续可调激光自动控制方法研究

摘要

激光拉曼光谱具有检测速度快和准确度高等优点，已成为研究分子结构的主要手段，在化学催化领域、生物大分子领域及环境检测等各个领域广泛应用。目前现有的用于激光拉曼光谱仪的连续可调光源利用光栅进行分段式转动控制，且在倍频技术中不能实现激光波长的连续在线可调，难以实现真正的激光波长连续可调。因此，通过电机和计算机控制系统进行光栅连续可调和倍频反射镜的自动控制，实现在线激光波长连续可调节具有重要的理论及实践意义。 本文对激光拉曼光谱仪的连续可调激光源自动控制系统的整体设计方案做了介绍，该系统主要由电源管理模块、电机驱动控制模块和人机交互模块组成。其中电机驱动模块是控制系统的核心，由电机驱动器、多电机同步复位模块、电机参数测量模块和数据通信模块组成。硬件控制平台选用Freescale的微控制器MC9S12XS128作为控制系统的主控芯片，软件控制平台以CodeWarrior5.0软件为基础。同时利用Lab Windows/CVI软件平台设计控制系统的显示监控界面，该界面能实时显示控制系统的运行状态、各个电机的转速和角度值以及设置控制系统的初始值和参数控制范围。 本文对无刷直流电机的运行原理和数学模型做了详细的介绍，针对BP神经网络控制器容易陷入局部最优的缺点，引入非线性惯性权重因子的粒子群算法对BP 神经网络进行优化。采用该算法对无刷直流电机调速系统进行参数控制，并在 MATLAB/Simulink 环境下搭建系统仿真测试。仿真结果表明：基于改进的PSO-BP神经网络的无刷直流电机控制系统的动、静态响应更好，对外界干扰也呈现出较强的抗性。该调速控制系统稳定性更好、自适应性和鲁棒性更强。

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