基于模型預(yù)測(cè)控制的硅單晶體提拉效果仿真研究.pdf

1、硅單晶體提拉法在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中廣泛應(yīng)用，是生長出外形均勻且內(nèi)部品質(zhì)滿足要求的硅單晶體的主要方法。目前的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有兩種傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝:一種是通過爐膛溫度的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)硅單晶體等徑生長，另外一種是通過調(diào)節(jié)拉速和溫度組成的串級(jí)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)硅單晶體等徑生長。對(duì)利用傳統(tǒng)PID控制的生長系統(tǒng)進(jìn)行仿真后發(fā)現(xiàn):這兩種傳統(tǒng)的控制方法都普遍存在控制精度低、控制回路抗干擾能力差、調(diào)節(jié)時(shí)間長、魯棒性差的問題，導(dǎo)致生產(chǎn)出來的硅晶體會(huì)存在瑕疵、光學(xué)均一性較差、更嚴(yán)

2、重可能會(huì)導(dǎo)致不等徑的情況。
　　考慮到傳統(tǒng)PID控制不能有效解決硅單晶體提拉效果控制等實(shí)際問題，本文基于模型預(yù)測(cè)控制的方法對(duì)硅單晶體提拉效果控制等問題進(jìn)行了仿真研究，主要的研究內(nèi)容有:
　　(1)首先，采用拉速控徑單元作為主回路，溫度控徑單元作為副回路的方法，提出了帶史密斯預(yù)估的拉速-溫度串級(jí)控制系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，控制系統(tǒng)的響應(yīng)曲線超調(diào)量小，調(diào)節(jié)時(shí)間短，魯棒性能較好，具有一定的抗干擾能力。
　　(2)其次，基于事先設(shè)

3、定的期望響應(yīng)的方法，提出了一種改進(jìn)的模型預(yù)測(cè)控制器，實(shí)現(xiàn)參考軌跡在預(yù)測(cè)時(shí)域內(nèi)最大限度地漸進(jìn)期望軌跡，使系統(tǒng)的響應(yīng)能夠精確地跟蹤所設(shè)定的期望軌跡。仿真結(jié)果表明，基于時(shí)變參考軌跡系數(shù)的動(dòng)態(tài)矩陣控制和PID上下層結(jié)合的控制方法比傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)控制方法和傳統(tǒng)的PID串級(jí)控制都具有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和穩(wěn)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)，兼顧了被控系統(tǒng)魯棒性和快速性之間的矛盾。
　　(3)最后，考慮到硅單晶體控制系統(tǒng)是一個(gè)輸入受約束、外界存擾動(dòng)、模型會(huì)失配的不確定性時(shí)