一种被动型CPT原子钟的温控参数自整定方法及装置

摘要

本发明公开了一种被动型CPT原子钟的温控参数自整定方法，其步骤是：采集原子蒸汽泡和VCSEL的数字温度信息；将经过滤波处理后的数字温度信息与温度设置点所对应的数字量的差值进行PID运算；对PID运算后的结果进行PWM调制和Δ-Σ调制后输出给外围电路进行加热和制冷；对原子蒸汽泡和VCSEL的温控PID参数值进行自整定。还公布了一种被动型CPT原子钟的温控参数自整定装置。本发明实现了被动型CPT原子钟与上位机之间的全双工通信；可进行温控PID参数的自整定，提高了温控的调节精度；功耗低、精度高。

主权项

一种被动型CPT原子钟的温控参数自整定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、采集原子蒸汽泡（1）和VCSEL（2）的温度信息，并转换成对应的数字温度信息传递到微控制器（10）；步骤2、微控制器（10）对原子蒸汽泡（1）和VCSEL（2）的数字温度信息进行滤波处理；步骤3、计算经过滤波处理后的原子蒸汽泡（1）的数字温度信息与原子蒸汽泡温度设置点所对应的数字量的差值，对该差值进行PID运算，对PID运算后的结果进行PWM和Δ‑Σ调制，利用PWM和Δ‑Σ调制后的结果控制加热丝（15）进行加热；计算经过滤波处理后的VCSEL（2）的数字温度信息与VCSEL温度设置点所对应的数字量的差值，对该差值进行PID运算，对PID运算后的结果进行PWM和Δ‑Σ调制，利用PWM和Δ‑Σ调制后的结果控制TEC（16）进行制冷；步骤4、对原子蒸汽泡的温控PID参数值进行自整定；对VCSEL的温控PID参数值进行自整定，步骤4中的对原子蒸汽泡的温控PID参数值进行自整定包括以下步骤：步骤4.1、基于LabVIEW开发平台的上位机（19）判断能否采集到反映原子蒸汽泡温度变化的数据，若能，则以波形图的形式进行跟踪显示，并进入步骤4.2；若不能，则等待直至超时，并输出错误提示，结束自整定；步骤4.2、初始化原子蒸汽泡的温控PID参数值的扫描起点和扫描终点，发送原子蒸汽泡PID初始值至微控制器（10），初始化原子蒸汽泡最优P、I、D值为零值，将原子蒸汽泡P值初始化为原子蒸汽泡P值扫描起点，原子蒸汽泡P值以固定步长增加之后发送原子蒸汽泡P值至微控制器（10），微控制器（10）在原子蒸汽泡P值下进行控温；步骤4.3、对采集到的原子蒸汽泡温度数据进行计数，当计数点数达到计数设定值时，计算计数设定值内的所有原子蒸汽泡温度数据与原子蒸汽泡温度设置点所对应的数字量的差值的平方和；步骤4.4、以固定步长增加原子蒸汽泡P值，判断原子蒸汽泡P值是否为原子蒸汽泡P值扫描终点，若是，则将步骤4.3中差值的平方和最小时对应的原子蒸汽泡P值设为原子蒸汽泡最优P值，并将原子蒸汽泡最优P值发送至微控制器（10），微控制器（10）在原子蒸汽泡最优P值下进行控温，进入步骤4.5；若不是，则 将原子蒸汽泡P值发送至微控制器（10），微控制器（10）在原子蒸汽泡P值下进行控温并返回步骤4.3；步骤4.5、将原子蒸汽泡I值初始化为原子蒸汽泡I值扫描起点，原子蒸汽泡I值以固定步长增加之后发送原子蒸汽泡I值至微控制器（10），微控制器（10）在原子蒸汽泡最优P值和原子蒸汽泡I值下进行控温；步骤4.6、对采集到的原子蒸汽泡温度数据进行计数，当计数点数达到计数设定值时，计算计数设定值内的所有原子蒸汽泡温度数据与原子蒸汽泡温度设置点所对应的数字量的差值的平方和；步骤4.7、以固定步长增加原子蒸汽泡I值，判断原子蒸汽泡I值是否为原子蒸汽泡I值扫描终点，若是，则将步骤4.6中差值的平方和最小时对应的原子蒸汽泡I值设为原子蒸汽泡最优I值，并将原子蒸汽泡最优I值发送至微控制器（10），微控制器（10）在原子蒸汽泡最优P值和原子蒸汽泡最优I值下进行控温，进入步骤4.8；若不是，则将原子蒸汽泡I值发送至微控制器（10），微控制器（10）在原子蒸汽泡最优P值和原子蒸汽泡I值下进行控温并返回步骤4.6；步骤4.8、将原子蒸汽泡D值初始化为原子蒸汽泡D值扫描起点，原子蒸汽泡D值以固定步长增加之后发送原子蒸汽泡D值至微控制器（10），微控制器（10）在原子蒸汽泡最优P值、原子蒸汽泡最优I值和原子蒸汽泡D值下进行控温；步骤4.9、对采集到的原子蒸汽泡温度数据进行计数，当计数点数达到计数设定值时，计算计数设定值内的所有原子蒸汽泡温度数据与原子蒸汽泡温度设置点所对应的数字量的差值的平方和；步骤4.10、以固定步长增加原子蒸汽泡D值，判断原子蒸汽泡D值是否为原子蒸汽泡D值扫描终点，若是，则将步骤4.9中差值的平方和最小时对应的原子蒸汽泡D值设为原子蒸汽泡最优D值，并将原子蒸汽泡最优D值发送至微控制器（10），微控制器（10）在原子蒸汽泡最优P值、原子蒸汽泡最优I值和原子蒸汽泡最优D值下进行控温，进入步骤4.11；若不是，则将原子蒸汽泡D值发送至微控制器（10），微控制器（10）在原子蒸汽泡最优P值、原子蒸汽泡最优I值和原子蒸汽泡D值下进行控温并返回步骤4.9；步骤4.11、计算当前原子蒸汽泡的温控最优PID参数值与原子蒸汽泡的温控前最优PID参数值的差值，若差值小于设定值，则结束原子蒸汽泡的温控PID参数 值的自整定，否则，返回步骤4.2。