28918.基于plc晶體生長控制系統(tǒng)的設計研究

1、分類號UDC密級學號1108020146碩士學位論文碩士學位論文基于基于PLC晶體生長控制系統(tǒng)的設計晶體生長控制系統(tǒng)的設計研究研究楊皓懿楊皓懿學科門類：類：工學學科名稱：稱：機械機械電子工程電子工程指導教師：師：楊軍良楊軍良副教授副教授申請日期：期：2014年3月摘要I論文題目：論文題目：基于基于PLCPLC晶體生長晶體生長控制系統(tǒng)的設計研究控制系統(tǒng)的設計研究學科專業(yè)：機械電子工程學科專業(yè)：機械電子工程研究生：生：楊皓懿楊皓懿簽名：名：

2、導師：師：楊軍良楊軍良副教授副教授簽名：名：摘要激光晶體使用早、品種多，目前以激光晶體為工作材料的激光器在實際工作與研究中占有重要的地位。激光晶體是重要的新型科技功能材料之一，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和軍事等各方面都得到了很大程度的應用。激光晶體生長控制技術的發(fā)展和應用已經(jīng)成為衡量一個國家高科技發(fā)展水平的重要標志之一。在晶體生長的控制技術中，以晶體生長的運動控制，和生長率控制最為關鍵。通過對比市場上常見的晶體生長的方法，選擇了目前常用的提拉法

3、作為晶體生長的方法。結(jié)合提拉法工藝要求和上稱重法晶體生長控制原理，初步建立了晶體生長過程中的晶體半徑與轉(zhuǎn)速、拉速、溫度的數(shù)學關系模型，并基于模糊PID控制算法，采用歐姆龍公司的小型機CP1L系列PLC分別對晶體生長過程中運動與生長率進行控制，最終完成了整個控制系統(tǒng)系統(tǒng)的設計。在運動控制部分，針對提拉法晶體生長的工藝要求完成了機械結(jié)構(gòu)部分的設計與運動控制系統(tǒng)設計。采用精密滾珠絲杠和導軌配合，提拉電機通過行星減速器與滾珠絲杠相連，并通過直線

4、導軌，將運動傳遞到籽晶桿上，實現(xiàn)籽晶桿的提拉運動。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)主要是通過旋轉(zhuǎn)電機，將動力輸送至帶輪，帶輪帶動相連的籽晶桿，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動。最后通過PLC控制伺服驅(qū)動器，實現(xiàn)對運動系統(tǒng)的速度控制。在生長率控制部分，通過分析確定了基于上稱重法的控制方案和生長率策略，建立晶體生長過程中晶體半徑與轉(zhuǎn)速、拉速、溫度的數(shù)學關系模型。提出了以稱重和溫控系統(tǒng)分別為主副回路的串級控制系統(tǒng)。分別就溫度與稱重部分的關鍵元件的選型以及稱重系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)進行了細化討論和

5、設計。并以PLC為主控器，完成了該系統(tǒng)的軟硬件設計，初步實現(xiàn)了對整個生長率控制系統(tǒng)的控制。最后以目前應用廣泛的一種激光晶體摻釹釔鋁石榴石(Nd：YAG)為實例，針對采用模糊PID算法的晶體的生長控制系統(tǒng)進行了仿真測試，并驗證控制系統(tǒng)性能。通過與傳統(tǒng)PID控制的對比發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)在動態(tài)性能，穩(wěn)定性，以及精確性上都有很大優(yōu)勢。因此在對于實際的生產(chǎn)過程將會有一定的指導意義。關鍵詞關鍵詞：激光晶體；機械系統(tǒng)；運動控制；生長率控制；溫度系統(tǒng)；稱重系