蓝宝石晶体随着市场的需求越来越大,作为一种优良的多功能材料,具有出众的物理特性,在军事、工业、农业以及医疗等各方面都得到了相当广泛的应用。晶体生长炉作为制备晶体的设备,对生长具有大尺寸、缺陷少等要求的高品质蓝宝石晶体起到了关键的作用。本文选择改良的泡生法,从等径控制为出发点,着力提高生长设备的自动化程度。本文通过比对,选用目前应用较流行的改良泡生法——冷心放肩微量提拉法,将直径控制作为蓝宝石晶体生长全过程的控制要点,从蓝宝石晶体生长能量守恒方程等晶体基础理论着手,找出了影响等径控制的关键因素,并初步确定了控制策略。其次,从控制角度进一步探讨等径控制,选定温度为主要的被控对象,建立了相应的数学模型,结合控径原理,提出了温度与称重组成的串级控制系统。分析对比几种典型的温度控制算法,最终选用的控温策略为单神经元PID控制。基于西门子S7-1200系列PLC,对蓝宝石晶体生长设备的控制系统进行了详细设计。首先,从泡生法的工艺要求出发,完成了晶体炉的机械总体方案和运动控制子系统的设计工作。为了保证晶体炉长期低速稳定、无爬行、不抖动的运行,利用精密滚珠丝杠配合直线导轨的传动组合,经由行星减速机连接交流伺服电动机,实现籽晶杆的提拉运动,其旋转运动则依靠带传动与交流伺服电动机的配合来实现,运动控制子系统的设计均经过详细合理的计算,PLC作为运动控制的大脑,给与其相连的伺服驱动器发送指令。根据上述的理论分析,借助PLC的编程软件STEP7,分别编写采用单神经元PID算法的温控程序,以及称重子系统的称重程序;并仍旧基于可编程逻辑控制器作为控制核心,对温度控制子系统与称重子系统的硬件系统进行搭建。接下来,将这两个子系统根据串级系统的控制目的进行组合,最终实现蓝宝石晶体生长的平稳精确控制。最后,利用西门子TIAportal中的WinCC软件,基于SIMATIC精简系列面板,从界面和通信角度,设计蓝宝石晶体生长人机交互子系统,对晶体生长过程进行实时、有效、直观的监测与控制。完成生长系统的组建后,使用MATLAB软件的Simulink仿真功能,通过数学模型的编写和仿真框图的搭建,分析对比单神经元PID算法与常规PID算法在温度控制上的优劣,发现前者在稳定性、响应性和精确性上优势明显,因此对实际的应用具有一定价值的参考意义。