探析三温区空间晶体生长炉温系统建模与控制

《探析三温区空间晶体生长炉温系统建模与控制》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中国科学技术大学硕士学位论文三温区空间晶体生长炉温系统建模与控制姓名：吕旭涛申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：吴刚20080401摘要本文研究三温区空间晶体生长炉炉温系统的建模、控制与抗干扰问题。现代控制方法大多是基于被控系统模型的，即使是在工业过程中应用广泛的PID控制器，其参数在有系统模型时可以得到最优整定。空间晶体生长炉温度控制精度要求很高，为了精确控制系统温度，获得系统模型是首要任务。针对三温区空间晶体生长炉，从传热机理出发，建立三温区晶体生长炉简化机理模型，并参照机理模型特点选定AI洲AX(有源自回归滑动平均)模型结构。结合工程上广泛使用

2、的相关系数法和最小二乘法，设计了一种实用的辨识方法一一相关系数最小二乘辨识法。采用该方法对模型参数进行辨识，对模型预测值与实际输出残差进行了模型检验，表明模型是可以接受的。由于系统对可靠性要求很高，控制器选用工业上长期并广泛使用的PID控制器。在获得系统模型后，通过模式搜索法整定了PID控制器参数。无论从仿真还是实际控制实验的角度，都获得了满足指标的控制效果。载人航天工程的实践表明，存在一个严重影响三温区空间晶体生长炉温度控制精度的干扰源：一次电源电压的扰动。一次电源电压由于某些因素的影响会瞬间跃变，对温度控制精度造成很大的影响。采取对一次电源电压增加前馈控制器的方

3、法大大减弱这个可测扰动的影响。仿真研究了前馈控制器参数的整定，并应用于实际试验，前馈控制器表现出较好的扰动抑制效果。为进一步提高控制精度，需要更准确地掌握系统动力学特性。瑞典林雪平大学AndersSte啪an提出的按需建模(MoD)方法比传统的全局建模的方法有更好的建模效果，但是需要通过数据挖掘对历史数据进行处理，计算量较大，飞船电控系统(5l单片机)资源有限，无法运行。本文在原方法的基础上进行了简化，采用这种在线实时建模方法用于离线建模，估计工作点附近参数的变化范围。对于非线性模型辨识，这种辨识方法有较好的效果。设计了M电平伪随机信号(PRS)对系统进行激励，采用

4、简化MoD方法辨识，得到了较好的结果。最后，简要介绍控制系统中使用的软件设计、电路设计和上下位机通信协议等。摘要关键词：晶体生长炉；机理建模；温度控制；相关系数法；最小二乘法；系统辨识；模型检验；M电平伪随机信号；按需建模IIAbstr￡LctAbstractTheprobIemsofmodeling，controlandthedisturbanceattenuationofatemperaturesystemfortheThreeZoneC巧StalGrowthFumace(TZCGF)arestudiedinthep印er．Presentcontrolmetho

5、dsarealmostbaSedontheprocessmodeltobecontrolled．EVenthePIDcontroller，whichiswidelyusedinmeindustry，tlleparametersaretunedwiththeknownprocessmodel．Therefore，theprimar)，tasktocontrolmetej【Ilperaturepreciselyistogetthemodelofthetemperaturesystem．Accordingt0tIletheo巧ofheattmsfer，thesimplif

6、iedtheraticalmodeloftheTZCGFisbuilt．ThestmctureofthelinearAuto—RegressionMoVingAVeragewithExtra(AMAX)inputmodelofdefinedwimthecharacterofthetheraticalmodel．7nlepraticalidentificationmetllod，combiIlingthemeritsofbo血correlationcoemcientmethodandt11eleastsquaresmethod，isdesignedtoacquiret

7、hepar锄etersoftheprocessmodel．Withtheidentificationmethodandmemodelstmctllreprovided，themodeIidentificationoftheTZCGFisperfonlled．Theresidualsbetweenrealoutputa11dt11emodeloutputshowthatthemodelcouldbeaccepted．TheSystemrequireshi曲stability，so也ePIDcontroller、池ichiswidelyusedinindustryi