提拉法生長激光晶體是一種快速有效的生長方法,激光晶體提拉裝置長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)振動力矩以及系統(tǒng)耦合力矩等干擾出現(xiàn)無規(guī)則振動現(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機(jī)構(gòu),帶有預(yù)荷載滾動直線導(dǎo)軌完成導(dǎo)向運(yùn)動,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)律提出變增益的列表控制方法對系統(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)字陷波器來抑制系統(tǒng)共振,提高系統(tǒng)跟蹤精度。仿真表明,變增益列表控制方法較好的抑制了系統(tǒng)低速爬行和抖動的現(xiàn)象。實(shí)測表明,通過提拉裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化并在變增益列表速度控制器中加入濾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。速度在低速范圍無爬行現(xiàn)象,且最大抖動誤差小于5%。等徑生長過程無位錯(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)過學(xué)者們長達(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。我國在晶體生長領(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。提高激光晶體生長裝置的穩(wěn)定性和精確度十光晶體生長的方法有提拉法、坩堝下降法以及區(qū)熔法等多種方法。其生長晶體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，能夠生長出質(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，提拉裝置拉動籽晶上晶溫度場的變化完成固體激光晶體的生長。其生長過程大致為：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（生長部分包括上縮頸、放肩、等頸、收肩和下縮頸等部分組成拉脫終止生長［１］。為了保證晶體在溫度場的溫度對稱，晶體提拉裝置一般都要旋轉(zhuǎn)［２］。提拉法生長晶體如圖１－１所示。??

是在等徑生長時(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诬纻鲃樱。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２２減速器２３、２４滑動蠖鏈副２４、２５媚桿傳動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)的傳動鏈過程為：１８—２２—２１—２０??—１９—１６４１５－＾２３＾２４?４９?４６；快速升降時(shí)的傳動鏈為：２７?—２６?—２５—２４??—＾９?—＾６；手動升降時(shí)的傳動鏈為：１?—＞２?—＞４?—＞－５?一＞２３—＞２４?—＞９?—＾６；謝禍旋轉(zhuǎn)傳??動鏈為：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。晶體長期生長在境中，溫度環(huán)境中產(chǎn)生的磁場效應(yīng)也對系統(tǒng)參數(shù)了千擾�？梢赃x擇抗干電機(jī)和伺服驅(qū)動器來解決中頻加熱產(chǎn)生電磁干擾的問題。另外，在激光過程中，選擇耐高溫的伺服電機(jī)來避免提拉裝置長期工作在高溫狀態(tài)產(chǎn)。另外，坩堝中的晶體熔體由于坩堝旋轉(zhuǎn)和長時(shí)間的高溫加熱容易揮發(fā)，為保證提拉系統(tǒng)能長期穩(wěn)定的進(jìn)行提拉以及傳動過程中保持高精度，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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本文編號：2863152