本文關(guān)鍵詞：基于雙重預(yù)測(cè)PI的單晶硅直徑控制系統(tǒng)

  更多相關(guān)文章： 單晶硅生長(zhǎng)爐 直徑 雙重控制 雙重預(yù)測(cè)PI控制 OPTO22

【摘要】：單晶硅是微電子產(chǎn)業(yè)和太陽(yáng)能電池的基礎(chǔ)原材料,主要通過(guò)直拉法生產(chǎn)。在單晶硅的制備過(guò)程中,氬氣的流動(dòng)、坩堝的旋轉(zhuǎn)造成爐內(nèi)熱場(chǎng)梯度的波動(dòng),加之熱傳遞的容性和滯后,因此過(guò)程對(duì)象的大慣性、大滯后、非線(xiàn)性及多干擾成為控制的難點(diǎn)。液面溫度和拉晶速度不僅關(guān)系到硅棒的直徑,還影響到單晶硅的原子排列結(jié)構(gòu)。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(diǎn)。本文首先描述了雙重控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)并分析其原理,從理論層面分析了其性能特點(diǎn)。比較了預(yù)測(cè)PI控制和史密斯預(yù)估器對(duì)遲滯系統(tǒng)的控制效果。然后對(duì)熱場(chǎng)溫度和液面溫度的準(zhǔn)確測(cè)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(diǎn),結(jié)合雙重控制的基本思想,采用直徑和拉晶速度兩個(gè)操縱變量,綜合直徑控制速度快、溫度控制抗熱場(chǎng)干擾的優(yōu)點(diǎn),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(jí)系統(tǒng),快速抑制熱場(chǎng)溫度和液面溫度的擾動(dòng)。對(duì)于過(guò)程對(duì)象的遲滯和干擾,采取預(yù)測(cè)PI控制算法。以雙重控制系統(tǒng)作為系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu),主控制器和副控制器均采用預(yù)測(cè)PI算法,從而提出雙重預(yù)測(cè)PI控制系統(tǒng)的概念,本文詳細(xì)推導(dǎo)了雙重控制系統(tǒng)中,在主控制器采用預(yù)測(cè)PI控制算法的情況下,副控制回路的對(duì)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(zhǎng)爐的雙重控制,快則治標(biāo):以拉速-直徑環(huán)作為主控制環(huán),快速應(yīng)對(duì)控制系統(tǒng)內(nèi)的各種擾動(dòng);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(chǎng)的擾動(dòng),保證單晶硅棒的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本文通過(guò)仿真詳細(xì)比較了不同副控制器的控制作用,驗(yàn)證了雙重預(yù)測(cè)PI控制系統(tǒng)的快速性和魯棒性。為了更加貼合工程實(shí)際,本文開(kāi)發(fā)了一套實(shí)時(shí)監(jiān)控軟件。其中,控制器硬件采用OPTO22 PAC,軟件平臺(tái)則使用OPTO22 PAC Project。通過(guò)PAC控制器硬件、OPTO22的OPC服務(wù)器和simulink提供的模擬過(guò)程對(duì)象,搭建了一個(gè)在線(xiàn)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了人機(jī)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(jì)快速的方案。在線(xiàn)實(shí)時(shí)仿真的結(jié)果表明,雙重預(yù)測(cè)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(yīng)對(duì)擾動(dòng),驗(yàn)證了雙重預(yù)測(cè)PI控制系統(tǒng)的實(shí)用性。
【關(guān)鍵詞】：單晶硅生長(zhǎng)爐 直徑 雙重控制 雙重預(yù)測(cè)PI控制 OPTO22
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)用19-21
• 2.4.1 原油出口溫度的雙重控制20
• 2.4.2 煙葉復(fù)烤過(guò)程的雙重控制20-21
• 2.4.3 雙重控制系統(tǒng)使用時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題21
• 2.5 本章小結(jié)21-22
• 第三章 雙重預(yù)測(cè)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(yù)估器原理24-26
• 3.4 預(yù)測(cè)PI控制算法26-30
• 3.5 雙重預(yù)測(cè)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(jié)33-34
• 第四章 單晶硅直徑控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)34-57
• 4.1 引言34
• 4.2 直拉式單晶硅的生產(chǎn)過(guò)程34-35
• 4.3 液面溫度的Kalman濾波35-36
• 4.4 基于單晶硅生長(zhǎng)過(guò)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(jié)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(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇57-59
• 5.3 軟件開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)59-62
• 5.4 OPTO22和simulink的數(shù)據(jù)交互62-68
• 5.5 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)和展望69-71
• 6.1 全文總結(jié)69-70
• 6.2 工作展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 攻讀碩士期間參加的項(xiàng)目和發(fā)表的論文74-75
• 致謝75

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