提拉法生長(zhǎng)激光晶體是一種快速有效的生長(zhǎng)方法,激光晶體提拉裝置長(zhǎng)期工作在超低速模式下,伺服系統(tǒng)受非線性摩擦力矩、速度編碼器分辨率、電機(jī)振動(dòng)力矩以及系統(tǒng)耦合力矩等干擾出現(xiàn)無(wú)規(guī)則振動(dòng)現(xiàn)象。其中,非線性摩擦干擾是伺服系統(tǒng)產(chǎn)生低速爬行和抖動(dòng)現(xiàn)象的主要因素,嚴(yán)重影響了成品激光晶體的質(zhì)量。從機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化和控制算法設(shè)計(jì)兩方面對(duì)摩擦干擾進(jìn)行抑制。機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化上,采用滾珠絲杠作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu),帶有預(yù)荷載滾動(dòng)直線導(dǎo)軌完成導(dǎo)向運(yùn)動(dòng),提高了系統(tǒng)剛度,從機(jī)械硬件上盡量減少系統(tǒng)的摩擦干擾�？刂扑惴ㄔO(shè)計(jì)上,經(jīng)空間失量坐標(biāo)等效變換,在兩相轉(zhuǎn)子坐標(biāo)下對(duì)伺服系統(tǒng)進(jìn)行矢量分析和空間矢量電壓算法研究,進(jìn)而對(duì)伺服系統(tǒng)控制結(jié)構(gòu)中的各個(gè)模塊進(jìn)行建模,并對(duì)兩相轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系下的電壓方程、磁鏈方程進(jìn)行進(jìn)一步的分析,將Stribeck摩擦模型作為系統(tǒng)非線性摩擦的干擾模型,最終建立了伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)特定點(diǎn)的速度進(jìn)行比例-積分參數(shù)調(diào)節(jié),并總結(jié)出低速段控制器增益變化規(guī)律,根據(jù)這一規(guī)律提出變?cè)鲆娴牧斜砜刂品椒▽?duì)系統(tǒng)的非線性摩擦進(jìn)行補(bǔ)償。在系統(tǒng)中加入低通濾波器和數(shù)字陷波器來(lái)抑制系統(tǒng)共振,提高系統(tǒng)跟蹤精度。仿真表明,變?cè)鲆媪斜砜刂品椒ㄝ^好的抑制了系統(tǒng)低速爬行和抖動(dòng)的現(xiàn)象。實(shí)測(cè)表明,通過(guò)提拉裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化并在變?cè)鲆媪斜硭俣瓤刂破髦屑尤霝V波器和陷波器的方式能提高系統(tǒng)的跟蹤精度,抑制了伺服電機(jī)在整個(gè)低速段的爬行和抖動(dòng)。速度在低速范圍無(wú)爬行現(xiàn)象,且最大抖動(dòng)誤差小于5%。等徑生長(zhǎng)過(guò)程無(wú)位錯(cuò),等效直徑最大誤差為1.186%,最大誤差小于1mm,符合實(shí)際生產(chǎn)的要求,能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量的等徑激光晶體。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O78
【部分圖文】：

體提拉系統(tǒng)概述??經(jīng)濟(jì)和科技的不斷進(jìn)步，激光晶體材料廣泛的應(yīng)用在航天工業(yè)、炮端領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)學(xué)者們長(zhǎng)達(dá)五十多年的研究，激光晶體材料的發(fā)展己經(jīng)的進(jìn)步。我國(guó)在晶體生長(zhǎng)領(lǐng)域已具備較強(qiáng)的自主生產(chǎn)能力。為滿足實(shí)出高質(zhì)量的晶體材料。提高激光晶體生長(zhǎng)裝置的穩(wěn)定性和精確度十光晶體生長(zhǎng)的方法有提拉法、坩堝下降法以及區(qū)熔法等多種方法。其生長(zhǎng)晶體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，能夠生長(zhǎng)出質(zhì)量較好的激光晶體。在坩堝在受控加熱，使原料晶體的分子排列變換，提拉裝置拉動(dòng)籽晶上晶溫度場(chǎng)的變化完成固體激光晶體的生長(zhǎng)。其生長(zhǎng)過(guò)程大致為：⑴將入坩堝加熱至所需溫度；⑵將帶有籽晶的籽晶桿（旋轉(zhuǎn)、下降）侵入體生長(zhǎng)（生長(zhǎng)部分包括上縮頸、放肩、等頸、收肩和下縮頸等部分組成拉脫終止生長(zhǎng)［１］。為了保證晶體在溫度場(chǎng)的溫度對(duì)稱，晶體提拉裝置一般都要旋轉(zhuǎn)［２］。提拉法生長(zhǎng)晶體如圖１－１所示。??

是在等徑生長(zhǎng)時(shí)要求穩(wěn)定低速的提拉速度，而在收尾拉脫時(shí)又需要快速的拉脫。??傳統(tǒng)的晶體提拉設(shè)備使用兩套直流伺服電機(jī)分別控制在提拉過(guò)程的快慢速度，進(jìn)??行提拉速度的切換。傳統(tǒng)的晶體提拉裝置如圖１－２所示［６］。??Ｉ?２?５?４?５?６?７??纖??！．手輪２．彈性聯(lián)油器３．油承座４、５朝輪副堝桿７．頊板Ｓ．導(dǎo)柱夂滑痤�。埃疁p速器１Ｌ??旋轉(zhuǎn)電機(jī)ｉ２、１３、�。矗诬纻鲃�(dòng)�。惦姶烹x合器�。叮O波減速器ｒ．｜ｇ座２Ｓ．，？速電機(jī)＿?１９、２０、??２１．同步芾傳動(dòng)２２減速器２３、２４滑動(dòng)蠖鏈副２４、２５媚桿傳動(dòng)２６．彈性聯(lián)油器ｒ．快速電機(jī)。，??圖１－２傳統(tǒng)的晶體提拉傳動(dòng)裝置部件圖??Ｆｉｇ．１－２?Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｐｕｌｌｓ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｐａｒｔｓ?ｄｒａｗｉｎｇ??在這套晶體提拉系統(tǒng)當(dāng)中，正常提拉時(shí)的傳動(dòng)鏈過(guò)程為：１８—２２—２１—２０??—１９—１６４１５－＾２３＾２４?４９?４６；快速升降時(shí)的傳動(dòng)鏈為：２７?—２６?—２５—２４??—＾９?—＾６；手動(dòng)升降時(shí)的傳動(dòng)鏈為：１?—＞２?—＞４?—＞－５?一＞２３—＞２４?—＞９?—＾６；謝禍旋轉(zhuǎn)傳??動(dòng)鏈為：１１—１０—１４—１２—１３—６。這種兩套直流伺服電機(jī)組合的結(jié)構(gòu)完

北京化工大學(xué)碩士學(xué)位論文了機(jī)械部件間的摩擦，提高了裝置的剛度和精度。??在激光晶體提拉系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了考慮生產(chǎn)工藝要求外，現(xiàn)條件也是激光晶體提拉系統(tǒng)部件選型的重要考慮因素。晶體長(zhǎng)期生長(zhǎng)在境中，溫度環(huán)境中產(chǎn)生的磁場(chǎng)效應(yīng)也對(duì)系統(tǒng)參數(shù)了千擾。可以選擇抗干電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決中頻加熱產(chǎn)生電磁干擾的問(wèn)題。另外，在激光過(guò)程中，選擇耐高溫的伺服電機(jī)來(lái)避免提拉裝置長(zhǎng)期工作在高溫狀態(tài)產(chǎn)。另外，坩堝中的晶體熔體由于坩堝旋轉(zhuǎn)和長(zhǎng)時(shí)間的高溫加熱容易揮發(fā)，為保證提拉系統(tǒng)能長(zhǎng)期穩(wěn)定的進(jìn)行提拉以及傳動(dòng)過(guò)程中保持高精度，部分應(yīng)加防塵罩等［３９］。優(yōu)化后的激光晶體提拉裝置如圖２－１所示。??
【參考文獻(xiàn)】

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