發(fā)布時間：2017-09-29 03:26

  本文關鍵詞：基于雙重預測PI的單晶硅直徑控制系統(tǒng)

  更多相關文章： 單晶硅生長爐 直徑 雙重控制 雙重預測PI控制 OPTO22

【摘要】：單晶硅是微電子產(chǎn)業(yè)和太陽能電池的基礎原材料,主要通過直拉法生產(chǎn)。在單晶硅的制備過程中,氬氣的流動、坩堝的旋轉(zhuǎn)造成爐內(nèi)熱場梯度的波動,加之熱傳遞的容性和滯后,因此過程對象的大慣性、大滯后、非線性及多干擾成為控制的難點。液面溫度和拉晶速度不僅關系到硅棒的直徑,還影響到單晶硅的原子排列結構。液面溫度越高,直徑越小,拉晶速度慢,直徑越大,如何協(xié)調(diào)控制好液面溫度和拉速是直拉式單晶硅生產(chǎn)爐控制的重點。本文首先描述了雙重控制系統(tǒng)的基本結構并分析其原理,從理論層面分析了其性能特點。比較了預測PI控制和史密斯預估器對遲滯系統(tǒng)的控制效果。然后對熱場溫度和液面溫度的準確測量提出基于卡爾曼濾波的解決思路。根據(jù)直拉式單晶硅棒的生產(chǎn)特點,結合雙重控制的基本思想,采用直徑和拉晶速度兩個操縱變量,綜合直徑控制速度快、溫度控制抗熱場干擾的優(yōu)點,協(xié)調(diào)控制液面溫度和拉晶速度,提高了系統(tǒng)的工作頻率。采用兩層串級系統(tǒng),快速抑制熱場溫度和液面溫度的擾動。對于過程對象的遲滯和干擾,采取預測PI控制算法。以雙重控制系統(tǒng)作為系統(tǒng)的控制結構,主控制器和副控制器均采用預測PI算法,從而提出雙重預測PI控制系統(tǒng)的概念,本文詳細推導了雙重控制系統(tǒng)中,在主控制器采用預測PI控制算法的情況下,副控制回路的對象模型,為副控制器的選擇和參數(shù)整定提供了理論依據(jù)�；谥崩絾尉Ч枭L爐的雙重控制,快則治標:以拉速-直徑環(huán)作為主控制環(huán),快速應對控制系統(tǒng)內(nèi)的各種擾動;緩則治本:以溫度-直徑-拉速作為副控制環(huán),盡量使拉速處于理想狀態(tài),平穩(wěn)快速的克服控制系統(tǒng)中熱場的擾動,保證單晶硅棒的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本文通過仿真詳細比較了不同副控制器的控制作用,驗證了雙重預測PI控制系統(tǒng)的快速性和魯棒性。為了更加貼合工程實際,本文開發(fā)了一套實時監(jiān)控軟件。其中,控制器硬件采用OPTO22 PAC,軟件平臺則使用OPTO22 PAC Project。通過PAC控制器硬件、OPTO22的OPC服務器和simulink提供的模擬過程對象,搭建了一個在線實時仿真系統(tǒng),實現(xiàn)了人機界面、控制器、simulink之間的數(shù)據(jù)交互,為控制算法的調(diào)試提供了經(jīng)濟快速的方案。在線實時仿真的結果表明,雙重預測PI控制系統(tǒng)能較好的協(xié)調(diào)拉晶速度和液面溫度,能快速平穩(wěn)的應對擾動,驗證了雙重預測PI控制系統(tǒng)的實用性。
【關鍵詞】：單晶硅生長爐 直徑 雙重控制 雙重預測PI控制 OPTO22
【學位授予單位】：東華大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN304.12;TP273
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRUCT7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 研究的背景及意義11-16
• 1.2 研究的主要內(nèi)容16
• 1.3 本文的結構和安排16-17
• 第二章 雙重控制17-22
• 2.1 引言17
• 2.2 雙重控制的基本結構17-18
• 2.3 雙重控制系統(tǒng)的性能分析18-19
• 2.4 雙重控制系統(tǒng)在工程中的應用19-21
• 2.4.1 原油出口溫度的雙重控制20
• 2.4.2 煙葉復烤過程的雙重控制20-21
• 2.4.3 雙重控制系統(tǒng)使用時應注意的問題21
• 2.5 本章小結21-22
• 第三章 雙重預測PI控制系統(tǒng)22-34
• 3.1 引言22
• 3.2 PID控制原理22-24
• 3.3 Smith預估器原理24-26
• 3.4 預測PI控制算法26-30
• 3.5 雙重預測PI控制算法30-31
• 3.6 副控制為純積分環(huán)節(jié)的雙重控制31-33
• 3.7 本章小結33-34
• 第四章 單晶硅直徑控制系統(tǒng)的設計34-57
• 4.1 引言34
• 4.2 直拉式單晶硅的生產(chǎn)過程34-35
• 4.3 液面溫度的Kalman濾波35-36
• 4.4 基于單晶硅生長過程的雙重控制策略36-39
• 4.5 控制系統(tǒng)的simulink仿真39-56
• 4.5.1 基于單閉環(huán)控制的仿真40-41
• 4.5.2 基于雙重控制策略的仿真41-56
• 4.6 本章小結56-57
• 第五章 基于OPTO22 PAC的單晶硅直徑控制系統(tǒng)57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 開發(fā)平臺的選擇57-59
• 5.3 軟件開發(fā)與設計59-62
• 5.4 OPTO22和simulink的數(shù)據(jù)交互62-68
• 5.5 本章小結68-69
• 第六章 總結和展望69-71
• 6.1 全文總結69-70
• 6.2 工作展望70-71
• 參考文獻71-74
• 攻讀碩士期間參加的項目和發(fā)表的論文74-75
• 致謝75

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本文編號：939737