直拉单晶炉生长系统模型预测控制方法研究

【摘要】： 晶体生长的主要目的是生长出外形均匀且内部品质满足要求的单晶体。在直拉法晶体生长过程中,主要是通过调节提拉速度和加热器温度跟踪目标曲线来实现晶体等径生长的。本文通过对晶体生长动态特性的理论推导,得到晶体半径响应方程,并结合实验经验,提出拉速控径系统近似为一个积分环节加纯滞后的系统。再通过设计辨识实验得到系统参数,用于建立控径系统的参数模型。 通过研究传统单晶炉控制结构和原理得出单晶炉控制系统实质上是跟踪目标经验曲线的系统,并结合加热器串级控制结构和前馈控制技术来实现晶体等径生长的,因此跟踪目标曲线性能的好坏在很大程度上影响了晶体等径生长过程。本文设计得到了单晶炉晶体生长系统的开环阶跃响应,然后应用动态矩阵控制(DMC)方法来仿真跟踪给定目标曲线,性能上明显优于传统PID控制。考虑到基于非参数模型的动态矩阵控制在模型获取后不能再改变的不足,应用基于在线辨识参数模型的广义预测控制(GPC)方法,仿真长时间运行的直拉法晶体生长过程来检验跟踪设定曲线的能力。仿真结果表明应用DMC和GPC无论在抗干扰能力还是在跟踪代表拉速指令的斜坡曲线能力上,都比传统PID控制要好。