管内壁类金刚石薄膜制备工艺控制系统研究

发布时间：2021-06-22 02:12

　　金属管道一般应用于比较严苛和恶劣的环境中,管道内壁容易受到腐蚀与损坏,而类金刚石薄膜由于其优异的性能而成为管道内壁新型防护材料之一。某金属管内壁类金刚石薄膜制备系统主要是仪表控制,制备过程中工艺参数波动比较大,所以系统稳定性和精度都比较低,制备的薄膜性能不优异,不能满足智能化的生产过程。本文以管内壁类金刚石薄膜制备工艺控制系统为研究课题,设计了管内壁类金刚石薄膜制备工艺综合控制系统方案,还介绍了工艺控制系统中所涉及的关键参数并分析了现有仪表的问题,根据不同参数的特点选择了符合工艺参数特点的控制算法对其进行控制,基于Matlab软件的Simulink工具分别对各个控制算法进行设计和仿真,分析了仿真结果并得出结论,最后,利用了现有设备实地做实验研究电源频率与电源脉宽对薄膜性能的影响。研究内容包含以下几个部分:了解了管内壁制备类金刚石薄膜的生产工艺流程和工艺要求后,设计了一种管内壁类金刚石薄膜制备工艺综合控制系统方案。对仪表控制和PID（proportional-integral-derivative,PID）控制进行了介绍,分析了仪表控制现有的一些问题并详细介绍了PID控制的特点及其控制原... 

【文章来源】：兰州交通大学甘肃省

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

管道应用

管内壁类金刚石薄膜制备工艺控制系统研究-2-图1.1管道应用图1.2被腐蚀的管道对于不同的控制对象而言，控制要求是不同的，相应的控制方案也是不一样的，这主要是因为与工业计算机控制系统密切相关的是生产过程的复杂程度[18]。为了便于控制，最好能将生产过程中的目标参数作为被控量，之后选用适宜的技术手段对其进行控制,从而实现工业生产过程的控制目标。而过程控制正好满足了这一要求，过程控制常用的有温度、流量、压力、液位、物性和成分这六大过程控制变量，其完全满足了类金刚石薄膜制备中对工艺参数进行精确控制的要求。过程控制的本质即：为了实现生产过程的自动化，根据生产过程的特点采用一些自动化检测工具（如计算机、测量仪表和执行机构等），在应用控制理论的基础上对生产过程控制系统进行设计[19]。由此可见，实现生产过程的最优化，同时能保证稳定的生产过程并抑制系统外界扰动的影响是过程控制最根本的目的。工业过程控制系统在初期的时候采用基地式的仪表、单元组合仪表、单输入和单输出的控制系统架构比较多，如今，在现代工业生产过程中，一些复杂的过程控制系统应用范围也越来越广泛（如串级控制、前馈控制和比值控制等）[20]。与连续控制系统相似，过程控制系统同样需要利用系统的可靠性、稳定性、能观性、能控性、动态特性及稳态特性对系统的性能分析和要求进行表征，而通常用动态指标、

管内壁类金刚石薄膜制备工艺控制系统研究-8-图2.1管内壁类金刚石薄膜制备工艺综合控制系统方案之前，管内壁类金刚石薄膜制备工艺控制系统的控制方式是仪表控制，所有的工艺参数都是采用自动化仪表来进行控制的，而在本文设计的控制系统（图2.1）中，气流量采用的是双闭环比值控制算法对其进行控制，而压强采用的是前馈控制算法对其进行控制，电源参数采用的是串级控制算法对其进行控制。其中，双闭环比值控制系统中的气流量输入是气源系统中的气体流量，而输出则是经过比值控制后的乙炔流量和硅烷流量，因此，就可以保证进入沉积腔体的是保持一定比例的气体流量。串级控制系统中的电参数输入是电源系统的初始值，输出则是经过控制后的电参数。前馈控制系统的压强输入是沉积腔室的初始真空度，而输出则是经过控制后的稳定压强。2.2仪表控制与PID控制2.2.1仪表控制随着时代的快速发展，我国工业生产规模不断扩大，社会对于工业生产的需求不断提高，为了确保生产出更多高质量的产品，工业电气自动化仪器仪表设备的应用也越来越广泛[44]。在生产过程中，工业自动化仪表不仅能够对各种工业参数进行测量和记录，还能够对数据进行远程处理与传输[45,46]。工业自动化仪表的分类方法有很多，因作用不同可以分为显示仪表、检测仪表、控制仪表等，因组装方法不同可以分为组合式、基地式和综合控制式，又因所需能源不同可以分为电动式、气动式和液动式。显示仪表的作用主要是记录和显示被测参数，一旦出现异常状况显示仪表会自动报警，从而提醒操作


本文编号：3241904