激光晶体等径生长控制系统的研究

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在激光晶体生长等径控制过程中,有两个关键环节:测径数据采集系统和控制算法。晶体生长是在数千度的高温下进行的,采用常规的测径方法,精度不高,这将对整个系统的控制性能产生影响。晶体生长炉具有参数时变、大惯性和大纯滞后的特点,应用常规PID控制算法,动态性能不理想;应用模糊控制算法,稳态精度不能令人满意,都难以实现有效的控制。本文旨在设计这样一个晶体生长等径控制系统:具备更为合适的控制算法,以及高精度测径方法,这将对提高激光晶体的质量有着重要意义。 对晶体直径变化的监测,本文采用上称重的方法,在晶体生长时,以一定的时间间隔T,称取晶体的重量,利用晶体直径与重量之间的函数关系,计算出直径的变化量。称重数据采集系统采用高性能转换芯片,以及高精度的称重传感器。称重精度高达2/10000,这对整个控制系统实现良好的控制性能奠定了基础。 在控制算法上,考虑到PID和模糊控制算法的优缺点,采用模糊PID复合控制,应用模糊集合理论建立参数K_P、K_I、K_D同偏差绝对值|e|和偏差变化绝对值|Δe|之间模糊逻辑关系,并根据不同的|e|和|Δe|实现在线自整定参数K_P、K_I、X_D,系统将不但具备良好的动态性能,而且具备较高的稳态精度,达到良好的控制效果。 通过仿真分析以及实验测试,采用模糊PID控制算法以及上称重数据采集系统的等径控制系统,在动态性能、稳态精度、控径精度上都有较大程度的提高。该系统推广到晶体生长工业中,将有着重大的应用前景。
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