《计算机控制实例》PPT课件

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1、材料工程计算机技术应用材料物理与化学系第四章、材料制备计算机控制应用实例第四章、材料制备计算机控制应用实例4.1单片机电阻炉温度控制系统.4.2半导体气相沉积外延生长控制系统.4.3浮法玻璃生产线集散控制系统.4.1单片机电阻炉温度控制系统4.1.1系统构成.4.1.2控制策略.4.1.3程序设计.4.1.1系统构成控制系统由单片机、外围电路、双向可控硅和电阻炉四部分组成。单片机数字显示器设置按键信号放大A/D转换器交流电源热电偶信号触发电路同步电路电阻炉双向可控硅加热元件存储器单片机采用MCS—51系列Intel8031；存储器包括8K

2、字节的只读存储器和8K字节的随机存储器。只读存储器中存放控制程序、数据表格等，随机存储器存放采样数据和中间计算过程；数字显示器由八位七段LED显示器和锁存器组成，可以同时显示四位炉温值和四位设定温度值；配置了几个专用设置按键，用以设定温度值和升降温时间段；电阻炉加热元件采用硅碳棒，炉温检测使用铂-铑铂热电偶，温度检测控制范围0～1200℃。热电偶输出信号经过一个放大电路，使检测信号与模拟数字转换电路输入信号相匹配（一般是0～5V）；模拟数字转换电路使用多路12位转换电路，在0～1200℃测温范围内分辨率约为0.3℃；同时对环境温度采样，解

3、决热电偶冷端温度补偿；温度控制通过触发双向可控硅导通周期数调整供给电阻炉加热元件供电的单相交流电源功率。4.1.2控制策略⑴可控硅控制方式采用检测交流电源的过零信号，同步触发可控硅。通过调整一定时间内可控硅的导通周期个数，改变加热元件的功率，达到控制温度的目的。以八位二进制数所能表示的最大数255作为可控硅控制周期所能导通的最大半周期数，控制周期时间为2550ms，可控硅最小导同时间是10ms.tttt(a)(b)(c)(d)uuL⑵控制算法依据温度控制过程不同的变化阶段，采用不同的算法。保温阶段且差值较小时使用PID算法；升、降温和有中

4、等差值时采用PD算法；差值较大时直接采用双位控制。常规离散PID算式为：若令：KI=KP（TS/TI）为积分系数；KD=KP（TD／TS）为微分系数，则上式可写为：根据递推原理，可写出n一l次的PID输出表达式：用Pn-Pn-1表示第n次输出量的增量算式为：则第n次输出量：加热控制的分段算式为：4.1.3程序设计控制程序使用51系列单片机汇编语言编制。为便于修改，使程序易读，程序使用模块化结构。按照功能分为参数输入、控制进程识别、数据采样、数据显示、PID计算、输出和报警等七个模块。主程序系统初始化有键输入？参数输入模块块控制起动？执行数

5、据采样模块功能执行PID计算模块功能执行数据显示模块功能采样时间到？进程识别模块块控制进程完成？NNN参数输入模块：判断、识别按键状态。输入温度变化过程控制参数和发出启停命令。控制进程识别模块：按照设定的温度控制参数，执行温度设定值控制和维相应持时间，保持升降温度递变梯度。数据采样模块：每5.1秒（含完整的2个控制执行周期）启动模数转换器对温度进行采样，同时对环境温度也采样一次，进行热电偶冷端补偿。数据显示模块：系统把0－1200℃范围内的电势温度特性曲线分成基本成线性的75段，把每隔16℃一点的热电势对应A/D转换值以表格形式存入只读存

6、储器中。该数值经过查表和线性插值运算可得到相应的炉温值，再经过二-十进制变换和显示字形变换，显示出正确的温度值。PID计算模块：根据采样变换得到的温度值与设定值的差值和当前的工作模式（升温、降温、保温）进入不同的计算公式进行计算，得到控制输出值（控制周期可控硅导通半周期数）。输出控制模块：以交流电源过零信号为中断触发信号，按照输出值在控制周期内发出相应次数的触发可控硅导通信号。报警模块：判断温度值是否超出上下限，超限则对超限次数计数，超过一定次数发出超限报警。过零信号中断服务触发计数器=0？触发可控硅导通触发计数器减一周期计数器减一周期计

7、数器=0？触发计数器=Pn中断返回进程计时器加一NY4.2半导体气相沉积外延生长控制系统4.2.1GaN基发光二极管及工艺.4.2.2MOCVD反应室结构.4.2.3控制系统的功能和构成.4.2.1GaN基发光二极管及工艺⑴GaN基高亮度发光二极管（LED）GaN基蓝光LED产品的出现从根本上解决了发光二极管三基色缺色的问题，是全彩显示不可缺少的关键器件。蓝光LED具有体积小、冷光源、响应时间短、发光效率高、防爆、节能、使用寿命长（使用寿命可达10万小时以上）等特点。同时又是白光LED的基础，成为光电子新兴产业中极具影响的产品。⑵GaN基

8、LED工艺流程封装光刻淀积分割外延⑶GaN基LED外延工艺采用MOCVD工艺在蓝宝石基片上生长N型GaN和P型GaN层以及多量子阱。n电极P电极⑷MOCVD设备国际上主要有美国和德国两家MOC