直拉单晶炉生长系统模型预测控制方法研究.pdf

独创性声明
本人所呈交的学位论文是在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所
知,除特别加以标注的地方外,论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同
志对本文的研究工作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。
本论文及其相关资料若有不实之处, 由本人承担一切相关责任
论文储签名:州滚…、‘。年,、;!。
学位论文使用授权声明
本人里曦粼在导师的指导下创作完成学位论文的知识产权归西安理工大学
所有,本人今后在使用或发表该论文涉及的研究内容时,会注明西安理工大学。本人
作为学位论文著作权拥有者, 同意授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权(在
以下“口”中标明,同意的划“了”,不同意的划“x ,’) ,即: 本人提交的印刷版和电
子版学位论文,
口学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存;
口学校可以将学位论文的全部内容编入公开的数据库进行检索;
口学校可以将学位论文的摘要编入公开的数据库进行检索;
口学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等
场所及校园网上供校内师生阅读、浏览。
本人学位论文全部或部分内容的公布(包括刊登) 授权西安理工大学研究生学院
办理。
(保密的学位论文在解密后,适用本授权说明)
t
论文作者签名:‘更域透导师签名:亘业一‘、,。年,、;!日
摘要
论文题目: 直拉单晶炉生长系统模型预测控制方法研究
学科名称: 控制理论与控制工程
研究生: 严博涛签名
指导教师: 刘丁教授签名:
赵跃副教授签名:
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(DM C) 方法来仿真跟踪给定目标
曲线,性能上明显优于传统 P 工D 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 DM C 和
G PC 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 P ID 控制
要好。
关键词: C Z 晶体结晶过程、前馈跟踪、参数模型、动态矩阵控制、广义预测控制。
A b stra et
T itle : C z o c h ra ls k i e ry s ta l g ro wt h fu rn a e e s y s te m O 布. M O d e l
P rG d iC tiV e C O n tFO ! M e th o d
M aj o r: C o n tro lT h e o ry a n d C o n tro l E n g in e e rin g
N a m e : B o ta o 物 n S ig n a tu re : 沙扭。
一/ 争、
S u P e rv is o r: P ro f. D in g L IU S ig n a tu re :
A s s o c ia te P ro f. Y u e Z h a o S ig n a tu re : 口
A b s tra c t
T h e m a in P u rp o se o f C ry sta l G ro wt h 15 to g ro w o u t o f u n ifo rm sh ap e a n d in tem a l q u a lity
m e e tin g th e re q u ire m e n ts o f th e sin g le e ry sta l. In th e C z o e hr a lsk i e ry sta l g ro wt h P ro e e ss,th e
m a in m eth o d 15 re g u lat in g th e P u llin g sP e e d an d h e