Адаптивная система управления процессами роста кристаллов для методов Степанова и Чохральского

• Автор: Францев, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 159 с. : ил.

1. Обзор литературы

1.1. Методы выращивания кристаллов

1.2.Системы автоматического управления ростом кристаллов для метода Чохральского

1.3. Системы автоматического управления ростом кристаллов для метода Степанова

1.4. Основные понятия об адаптивных системах автоматического управления и перспектива их применения для управления процессами роста кристаллов

2. Исследование объекта управления и проектирование адаптивной системы управления

2.1. Расчёт опорного сигнала при выращивании кристалла заданной формы методом Чохральского

2.2. Расчёт опорного сигнала при выращивании кристаллов сапфира методом Степанова

2.3. Исследование динамических характеристик объекта управления при выращивании кристаллов методами Степанова и Чохральского

2.3.1. Методика эксперимента

2.3.2. Результаты эксперимента для метода Чохральского

2.3.3. Результаты эксперимента для метода Степанова
2.4. Схема адаптивного регулятора для процессов выращивания кристаллов из
расплава методами Степанова и Чохральского
2.4.1. Работа регулятора при управлении процессом выращивания кристаллов
методом Чохральского
2.4.2 Работа регулятора при управлении процессом выращивания кристаллов методом Степанова
2.5. Выводы
3. Исследование шумов в канале датчика веса и выбор метода цифровой фильтрации
3.1. Методика анализа шума в канале датчика веса
3.2. Результаты анализа шума в канале датчика веса
3.3. Диагностика состояния ростовой установки в режиме реального времени по спектральному анализу шумов сигнала датчика веса
3.4. Выбор цифрового фильтра
3.5 Структура цифровой фильтрации в управляющей программе
3.6. Выводы
4. Математическое моделирование распределения примеси в мениске расплава при росте профиллированных кристаллов сапфира
4.1 Постановка задачи
4.2 Результаты расчётов
4.3 Выводы
5. Программно-технический комплекс (ПТК) для выращивания кристаллов из расплава
5.1. Структура ПТК. Технические средства и программное обеспечение
5.1.1. Аппаратная часть
5.1.2. Программная часть
5.2 Алгоритмы автоматизации технологических режимов для метода Степанова
5.2.1. Режимы "нагрев" и "охлаждение"
5.2.2. Режим "поднятие тигля"
5.2.3. Режим "затравливание" для метода Степанова при выращивании кристаллов из смачиваемых расплавом формообразователей
5.2.4. Режим "разращивание и вытягивание" для метода Степанова
5.2.5. Режим "отрыв" для выращивания кристаллов методом Степанова
5.3. Алгоритмы автоматизации технологических режимов для метода Чохральского

5.4 Управление профилем кристалла при выращивании сапфировых полусфер методом локального динамического формообразования
5.4.1 Типы формообразователей
5.4.2 Алгоритм управления выращивания тел вращения
5.5. Выводы
6. Результаты лабораторных и производственных испытаний адаптивной системы управления
6.1. Выращивание кристаллов алюмоиттриевого граната методом Чохральского в автоматическом режиме с применением адаптивного управления
6.2. Выращивание кристаллов методом Степанова в автоматическом режиме с применением адаптивного управления
6.2.1. Апробация адаптивной системы автоматического управления
6.2.2. Сквозная автоматизация процесса группового роста сапфировых стержней
6.2.3. Сквозная автоматизация процесса роста сапфировых лент толщиной 2.32.5 мм и шириной 34 — 37 мм в пакете из 10 штук
6.2.4. Сквозная автоматизация процессов роста кристаллов на 4 установках
одновременно при их обслуживании одним оператором
6.3 Выращивание сапфировых полусфер методом локального динамического формообразования в автоматическом режиме управления
6.4. Выводы
Основные результаты работы
Литература
Приложение

переходного процесса. Такое поведение может быть объяснено, прежде всего, уменьшением количества расплава в тигле и смещением фронта кристаллизации вглубь тигля. Как видно из рис. 2.3 переходной процесс хорошо аппроксимируется линейной авторегрессионой моделью (АКХ) второго порядка [89, 93-95].
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Время, с
Рис. 2.3 Переходные процессы производной силы: /^Д/) — нефильтрованный сигнал (тонкая светло-серая линия), 7^в/(/) - фильтрованный сигнал (тонкая темно-серая линия) и - отклик модели (толстая линия).
Изменение характера переходного процесса при выращивании кристалла методом Чохральского. 1 — переходной процесс в начале кристалла, 2 - в середине кристалла, 3 - конце кристалла. Переходные процессы соответствуют уменьшению мощности нагрева на 0.2%. В качестве модели объекта управления выступает линейная авторегрессионая модель (АЯХ) второго порядка.
Таким образом, экспериментально установлено, что объект управления является неавтономным, поскольку его динамическая характеристика изменяется в процессе роста. Поэтому в случае использования классического ПИД регулятора, для обеспечения прецизионного управления процессом роста в принципе необходимо осуществлять корректировку коэффициентов регулятора. Однако, как видно из рис. 2.3, в случае выращивания алюмоитгриевого граната методом Чохральского изменение постоянной времени и коэффициента усиления невелико. Поэтому, для управления данным