基于雙重預(yù)測PI的單晶硅直徑控制系統(tǒng).pdf

1、單晶硅是微電子產(chǎn)業(yè)和太陽能電池的基礎(chǔ)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(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。
　　本文首先描述了雙重控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

2、并分析其原理，從理論層面分析了其性能特點。比較了預(yù)測PI控制和史密斯預(yù)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(jié)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(yù)測PI控制算法

3、。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PI算法，從而提出雙重預(yù)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(yù)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)。
　　基于直拉式單晶硅生長爐的雙重控制，快則治標：以拉速-直徑環(huán)作為主控制環(huán)，快速應(yīng)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

4、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(yù)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(wù)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、simulin