基于双重预测PI的单晶硅直径控制系统

发布时间：2017-09-29 03:26

  本文关键词：基于双重预测PI的单晶硅直径控制系统

  更多相关文章： 单晶硅生长炉 直径 双重控制 双重预测PI控制 OPTO22

【摘要】：单晶硅是微电子产业和太阳能电池的基础原材料,主要通过直拉法生产。在单晶硅的制备过程中,氩气的流动、坩埚的旋转造成炉内热场梯度的波动,加之热传递的容性和滞后,因此过程对象的大惯性、大滞后、非线性及多干扰成为控制的难点。液面温度和拉晶速度不仅关系到硅棒的直径,还影响到单晶硅的原子排列结构。液面温度越高,直径越小,拉晶速度慢,直径越大,如何协调控制好液面温度和拉速是直拉式单晶硅生产炉控制的重点。本文首先描述了双重控制系统的基本结构并分析其原理,从理论层面分析了其性能特点。比较了预测PI控制和史密斯预估器对迟滞系统的控制效果。然后对热场温度和液面温度的准确测量提出基于卡尔曼滤波的解决思路。根据直拉式单晶硅棒的生产特点,结合双重控制的基本思想,采用直径和拉晶速度两个操纵变量,综合直径控制速度快、温度控制抗热场干扰的优点,协调控制液面温度和拉晶速度,提高了系统的工作频率。采用两层串级系统,快速抑制热场温度和液面温度的扰动。对于过程对象的迟滞和干扰,采取预测PI控制算法。以双重控制系统作为系统的控制结构,主控制器和副控制器均采用预测PI算法,从而提出双重预测PI控制系统的概念,本文详细推导了双重控制系统中,在主控制器采用预测PI控制算法的情况下,副控制回路的对象模型,为副控制器的选择和参数整定提供了理论依据。基于直拉式单晶硅生长炉的双重控制,快则治标:以拉速-直径环作为主控制环,快速应对控制系统内的各种扰动;缓则治本:以温度-直径-拉速作为副控制环,尽量使拉速处于理想状态,平稳快速的克服控制系统中热场的扰动,保证单晶硅棒的产品质量和生产效率。本文通过仿真详细比较了不同副控制器的控制作用,验证了双重预测PI控制系统的快速性和鲁棒性。为了更加贴合工程实际,本文开发了一套实时监控软件。其中,控制器硬件采用OPTO22 PAC,软件平台则使用OPTO22 PAC Project。通过PAC控制器硬件、OPTO22的OPC服务器和simulink提供的模拟过程对象,搭建了一个在线实时仿真系统,实现了人机界面、控制器、simulink之间的数据交互,为控制算法的调试提供了经济快速的方案。在线实时仿真的结果表明,双重预测PI控制系统能较好的协调拉晶速度和液面温度,能快速平稳的应对扰动,验证了双重预测PI控制系统的实用性。
【关键词】：单晶硅生长炉 直径 双重控制 双重预测PI控制 OPTO22
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN304.12;TP273
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRUCT7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 研究的背景及意义11-16
• 1.2 研究的主要内容16
• 1.3 本文的结构和安排16-17
• 第二章 双重控制17-22
• 2.1 引言17
• 2.2 双重控制的基本结构17-18
• 2.3 双重控制系统的性能分析18-19
• 2.4 双重控制系统在工程中的应用19-21
• 2.4.1 原油出口温度的双重控制20
• 2.4.2 烟叶复烤过程的双重控制20-21
• 2.4.3 双重控制系统使用时应注意的问题21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 双重预测PI控制系统22-34
• 3.1 引言22
• 3.2 PID控制原理22-24
• 3.3 Smith预估器原理24-26
• 3.4 预测PI控制算法26-30
• 3.5 双重预测PI控制算法30-31
• 3.6 副控制为纯积分环节的双重控制31-33
• 3.7 本章小结33-34
• 第四章 单晶硅直径控制系统的设计34-57
• 4.1 引言34
• 4.2 直拉式单晶硅的生产过程34-35
• 4.3 液面温度的Kalman滤波35-36
• 4.4 基于单晶硅生长过程的双重控制策略36-39
• 4.5 控制系统的simulink仿真39-56
• 4.5.1 基于单闭环控制的仿真40-41
• 4.5.2 基于双重控制策略的仿真41-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 基于OPTO22 PAC的单晶硅直径控制系统57-69
• 5.1 引言57
• 5.2 开发平台的选择57-59
• 5.3 软件开发与设计59-62
• 5.4 OPTO22和simulink的数据交互62-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 总结和展望69-71
• 6.1 全文总结69-70
• 6.2 工作展望70-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士期间参加的项目和发表的论文74-75
• 致谢75

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王金涛;刘子勇;;基于静力悬浮原理的单晶硅球间微量密度差异精密测量方法研究[J];物理学报;2013年03期

2 徐飞飞;张效栋;房丰洲;;金刚石刀具单点切削单晶硅加工表面特性[J];纳米技术与精密工程;2013年06期

3 蔡传荣,张琼;单晶硅硬度压痕裂纹的特征[J];电子显微学报;1996年06期

4 李东升,杨德仁,阙端麟;单晶硅材料机械性能研究及进展[J];材料科学与工程;2000年03期

5 程祥;高斌;杨先海;刘军营;田忠强;;微细塑性铣削单晶硅实验研究[J];山东理工大学学报(自然科学版);2012年04期

6 牟军;具有500倍过压保护能力的单晶硅压力传感器[J];测控技术;1991年01期

7 李愿杰;李智伟;;单晶硅中替位碳含量的常/低温红外光谱对比研究[J];东方电气评论;2013年04期

8 胡兴雷;孙雅洲;梁迎春;陈家轩;;单晶硅微纳构件加工表面性能的时变性研究[J];物理学报;2013年22期

9 徐清兰,伍凡,吴时彬,王家金,雷柏平,兰秀清,张晶;单晶硅镜面超光滑表面工艺技术研究[J];光电工程;2003年05期

10 David Lammers;;异质CMOS的研发正在进行[J];集成电路应用;2008年04期

中国重要会议论文全文数据库 前7条

1 蒋娜;袁小武;张才勇;;单晶硅生长技术研究进展[A];第二十八届全国化学与物理电源学术年会论文集[C];2009年

2 孙蓉;于淑会;杜如虚;薛群基;;单晶硅材料摩擦摩擦磨损行为研究[A];第八届全国摩擦学大会论文集[C];2007年

3 何庆;索智群;乔东海;;单晶硅电容式低频传声器的设计和制作[A];2009’中国西部地区声学学术交流会论文集[C];2009年

4 陈官璧;汪蕾;杨德仁;;热处理对p型单晶硅非晶SiC:H钝化效果的影响[A];第十届中国太阳能光伏会议论文集：迎接光伏发电新时代[C];2008年

5 尹韶辉;徐志强;;小口径单晶硅非球面复合超精密加工工艺[A];中国光学学会2011年学术大会摘要集[C];2011年

6 肖清华;王敬;屠海令;;质子注入单晶硅中的结构演化[A];中国有色金属学会第五届学术年会论文集[C];2003年

7 余学功;杨德仁;;铸造准单晶硅的生长及其太阳电池的性能研究[A];中国晶体学会第五届全国会员代表大会暨学术大会（晶体生长分会场）论文摘要集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 张剑英邋刘仲平;1500吨单晶硅项目在榆林开建[N];陕西日报;2007年

2 记者 张晓博;银川隆基启动500兆瓦单晶硅棒项目[N];银川晚报;2012年

3 吴宜平 邹平飞 特约记者 张家峰;庐山区：区熔单晶硅项目进展顺利[N];九江日报;2009年

4 段同刚;打造最具竞争力光伏产品[N];中国电子报;2011年

5 段同刚　撰稿;晶龙模式：让创新“跑赢”市场[N];河北日报;2011年

6 韩粉琴　刘世领;国际投资机构 “绣球”抛向高邮民企[N];新华日报;2007年

7 通讯员 张世平;益阳晶鑫科技生产出第一根“晶棒”[N];益阳日报;2007年

8 本报记者 丁鑫;过分依赖海外市场及产能过剩 掣肘光伏产业成长脚步[N];证券日报;2011年

9 黄女瑛 DigiTimes;太阳能产业生辉 茂迪、益通逐日[N];电子资讯时报;2006年

10 杨红雷;晶龙集团打造高科技民营企业[N];河北经济日报;2009年

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 余家欣;单晶硅的切向纳动研究[D];西南交通大学;2011年

2 陈贵锋;高能粒子辐照单晶硅辐照效应的研究[D];河北工业大学;2009年

3 陈磊;单晶硅纳米磨损的湿度/速度效应及防护研究[D];西南交通大学;2013年

4 刘春阳;纳秒脉冲激光诱导单晶硅材料荧光效应的研究[D];天津大学;2012年

5 王晓东;不同湿度和水下单晶硅的纳米磨损研究[D];西南交通大学;2014年

6 曹建伟;直拉式单晶硅生长炉的关键技术研究[D];浙江大学;2010年

，

本文编号：939737