基于模型預測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)場中廣泛應用，是生長出外形均勻且內(nèi)部品質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控制系統(tǒng)來實現(xiàn)硅單晶體等徑生長。對利用傳統(tǒng)PID控制的生長系統(tǒng)進行仿真后發(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)時間長、魯棒性差的問題，導致生產(chǎn)出來的硅晶體會存在瑕疵、光學均一性較差、更嚴

2、重可能會導致不等徑的情況。
　　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際問題，本文基于模型預測控制的方法對硅單晶體提拉效果控制等問題進行了仿真研究，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，提出了帶史密斯預估的拉速-溫度串級控制系統(tǒng)。仿真結果表明，控制系統(tǒng)的響應曲線超調(diào)量小，調(diào)節(jié)時間短，魯棒性能較好，具有一定的抗干擾能力。
　　(2)其次，基于事先設

3、定的期望響應的方法，提出了一種改進的模型預測控制器，實現(xiàn)參考軌跡在預測時域內(nèi)最大限度地漸進期望軌跡，使系統(tǒng)的響應能夠精確地跟蹤所設定的期望軌跡。仿真結果表明，基于時變參考軌跡系數(shù)的動態(tài)矩陣控制和PID上下層結合的控制方法比傳統(tǒng)的預測控制方法和傳統(tǒng)的PID串級控制都具有更好的動態(tài)響應性能和穩(wěn)態(tài)響應指標，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)是一個輸入受約束、外界存擾動、模型會失配的不確定性時