提拉法生长晶体的超低速运动控制技术研究

发布时间：2020-10-30 23:34

　　 提拉法生长激光晶体是一种快速有效的生长方法,激光晶体提拉装置长期工作在超低速模式下,伺服系统受非线性摩擦力矩、速度编码器分辨率、电机振动力矩以及系统耦合力矩等干扰出现无规则振动现象。其中,非线性摩擦干扰是伺服系统产生低速爬行和抖动现象的主要因素,严重影响了成品激光晶体的质量。从机械结构优化和控制算法设计两方面对摩擦干扰进行抑制。机械结构优化上,采用滚珠丝杠作为传动机构,带有预荷载滚动直线导轨完成导向运动,提高了系统刚度,从机械硬件上尽量减少系统的摩擦干扰。控制算法设计上,经空间失量坐标等效变换,在两相转子坐标下对伺服系统进行矢量分析和空间矢量电压算法研究,进而对伺服系统控制结构中的各个模块进行建模,并对两相转子坐标系下的电压方程、磁链方程进行进一步的分析,将Stribeck摩擦模型作为系统非线性摩擦的干扰模型,最终建立了伺服控制系统的数学模型。对特定点的速度进行比例-积分参数调节,并总结出低速段控制器增益变化规律,根据这一规律提出变增益的列表控制方法对系统的非线性摩擦进行补偿。在系统中加入低通滤波器和数字陷波器来抑制系统共振,提高系统跟踪精度。仿真表明,变增益列表控制方法较好的抑制了系统低速爬行和抖动的现象。实测表明,通过提拉装置机械结构优化并在变增益列表速度控制器中加入滤波器和陷波器的方式能提高系统的跟踪精度,抑制了伺服电机在整个低速段的爬行和抖动。速度在低速范围无爬行现象,且最大抖动误差小于5%。等径生长过程无位错,等效直径最大误差为1.186%,最大误差小于1mm,符合实际生产的要求,能够生产出高质量的等径激光晶体。
【学位单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：O78
【部分图文】：

体提拉系统概述??经济和科技的不断进步，激光晶体材料广泛的应用在航天工业、炮端领域。经过学者们长达五十多年的研究，激光晶体材料的发展己经的进步。我国在晶体生长领域已具备较强的自主生产能力。为满足实出高质量的晶体材料。提高激光晶体生长装置的稳定性和精确度十光晶体生长的方法有提拉法、坩埚下降法以及区熔法等多种方法。其生长晶体系统结构简单，稳定性好，能够生长出质量较好的激光晶体。在坩埚在受控加热，使原料晶体的分子排列变换，提拉装置拉动籽晶上晶温度场的变化完成固体激光晶体的生长。其生长过程大致为：⑴将入坩埚加热至所需温度；⑵将带有籽晶的籽晶杆（旋转、下降）侵入体生长（生长部分包括上缩颈、放肩、等颈、收肩和下缩颈等部分组成拉脱终止生长［１］。为了保证晶体在温度场的温度对称，晶体提拉装置一般都要旋转［２］。提拉法生长晶体如图１－１所示。??

是在等径生长时要求稳定低速的提拉速度，而在收尾拉脱时又需要快速的拉脱。??传统的晶体提拉设备使用两套直流伺服电机分别控制在提拉过程的快慢速度，进??行提拉速度的切换。传统的晶体提拉装置如图１－２所示［６］。??Ｉ?２?５?４?５?６?７??纖??！．手轮２．弹性联油器３．油承座４、５朝轮副埚杆７．顼板Ｓ．导柱夂滑痤！０．减速器１Ｌ??旋转电机ｉ２、１３、！４．禊形芾传动！５电磁离合器！６．谙波减速器ｒ．｜ｇ座２Ｓ．，？速电机＿?１９、２０、??２１．同步芾传动２２減速器２３、２４滑动蠖链副２４、２５媚杆传动２６．弹性联油器ｒ．快速电机。，??图１－２传统的晶体提拉传动装置部件图??Ｆｉｇ．１－２?Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｐｕｌｌｓ?ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ?ｐａｒｔｓ?ｄｒａｗｉｎｇ??在这套晶体提拉系统当中，正常提拉时的传动链过程为：１８—２２—２１—２０??—１９—１６４１５－＾２３＾２４?４９?４６；快速升降时的传动链为：２７?—２６?—２５—２４??—＾９?—＾６；手动升降时的传动链为：１?—＞２?—＞４?—＞－５?一＞２３—＞２４?—＞９?—＾６；谢祸旋转传??动链为：１１—１０—１４—１２—１３—６。这种两套直流伺服电机组合的结构完

北京化工大学硕士学位论文了机械部件间的摩擦，提高了装置的刚度和精度。??在激光晶体提拉系统的选型设计过程中，除了考虑生产工艺要求外，现条件也是激光晶体提拉系统部件选型的重要考虑因素。晶体长期生长在境中，温度环境中产生的磁场效应也对系统参数了千扰。可以选择抗干电机和伺服驱动器来解决中频加热产生电磁干扰的问题。另外，在激光过程中，选择耐高温的伺服电机来避免提拉装置长期工作在高温状态产。另外，坩埚中的晶体熔体由于坩埚旋转和长时间的高温加热容易挥发，为保证提拉系统能长期稳定的进行提拉以及传动过程中保持高精度，部分应加防尘罩等［３９］。优化后的激光晶体提拉装置如图２－１所示。??
【参考文献】

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本文编号：2863152