專利名稱：晶體等徑生長的控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種晶體等徑生長的控制系統(tǒng)，尤其涉及單晶硅等徑生長的控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
半導體材料是半導體工業(yè)的基礎材料，當今95％以上的半導體器件是用硅材料制造的，99％以上的集成電路是硅集成電路，生產(chǎn)集成電路所需要的原料是單晶硅。近年來，全世界加大了對太陽能這一環(huán)保能源的開發(fā)力度，將太陽能轉(zhuǎn)化為民用電力能源的太陽能電站作為一項產(chǎn)業(yè)正迅速興起，同時對太陽能高效轉(zhuǎn)化的新材料——單晶硅的需求也成倍增長，但是國內(nèi)能夠生產(chǎn)單晶硅的廠家卻屈指可數(shù)，且生產(chǎn)能力不足，遠不能滿足國內(nèi)市場的需求。
傳統(tǒng)的生產(chǎn)單晶硅的工藝是在硅結(jié)晶生長開始時，用提拉的辦法制成的。在單晶硅生產(chǎn)過程中，晶體的提拉速度會影響到晶體的質(zhì)量。同時，單晶硅晶體生長爐中的晶體生長的過程具有非線性和大純滯后的特點，應用常規(guī)PID(比例積分微分)控制難以實現(xiàn)有效控制。其原因在于整個生產(chǎn)過程主要分為硅原料熔化、引晶、放肩、轉(zhuǎn)肩、等徑生長和收尾六個連續(xù)階段。在這六個連續(xù)階段中晶體生長過程作為具有非線性、時變、大純滯后的控制對象，如等徑生長。雖然目前許多控制理論和技術(shù)日益成熟，但應用常規(guī)PID控制器控制的效果仍不理想。而采用自適應PID等方法，計算時間長，調(diào)試費用大，實時應用困難。
以CZ法(Czochralski法，有中文文章中譯為切克勞斯基法)直拉單晶硅時，單晶硅晶體生長的等徑階段的直徑控制精度與設備的總體性能有關(guān)，如提拉速度控制、晶體生長過程中熔體溫度、動態(tài)性能等因素。因此，特別是對于大直徑單晶爐的控制系統(tǒng)來說，傳統(tǒng)的單模式調(diào)節(jié)不可能達到理想的直徑控制效果。
如中國專利申請91102922.2公開了單晶硅直徑控制法及其設備。在該申請中，將光學裝置測出的提拉單晶直徑測定值與要求直徑值進行比較，以確定偏差，再對得出的偏差進行不完全微分PID處理或史密斯法處理，以計算提拉速度，再將提拉速度加到晶體提拉設備的電動機控制器上，從而通過控制提拉速度控制提晶體拉升體的直徑。該申請僅僅通過控制單晶硅生長過程中的提拉設備的提拉速度，以使晶體直徑保持在所要求的值上，而忽視了在晶體生長過程中熔體溫度對晶體生長的直徑的影響。同時，該申請采用的不完全微分PID處理或史密斯法處理的動態(tài)性能較差。
中國專利申請00805352.9公開了生長處理中控制硅晶體直徑的方法與裝置。該申請?zhí)峁┝艘环N隨著從熔體中提升晶棒通過改變?nèi)垠w的溫度以控制晶棒直徑的方法與裝置，其晶棒以基本上按照預定的速度分布圖的目標速率從熔體中拉升。顯然該申請僅僅以熔體的溫度為控制對象，而沒有將熔體的溫度控制與晶棒拉升速度控制有機結(jié)合，同時PID處理的動態(tài)性能較差，所以該申請對晶體直徑生長的控制比較有限。
通常，所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員僅考慮通過PID控制的方法對提拉速度控制、晶體生長過程中熔體溫度進行控制，因而導致現(xiàn)有的晶體等徑生長的控制系統(tǒng)難以進一步提高晶體生長過程中對直徑的控制精度，難以達到預期的晶體等徑生長的生產(chǎn)目的。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種將Fuzzy(預測型模糊)控制和PID控制兩種算法結(jié)合，來提高晶體等徑生長階段的直徑控制精度，從而穩(wěn)定提高大直徑硅單晶棒一次拉制的成品率的晶體等徑生長的控制系統(tǒng)。
實現(xiàn)本實用新型目的的技術(shù)方案是一種晶體等徑生長的控制系統(tǒng)，具有晶體生長爐；檢測爐內(nèi)晶體生長過程中晶體直徑變化信號的晶體直徑檢測部分；采集爐內(nèi)熔體溫度信號及加熱器的加熱電壓電流信號并反饋控制爐內(nèi)熔體溫度的堝溫控制部分；采集晶體實時拉升速度信號并反饋調(diào)整晶體拉升速度的晶體拉升速度控制部分；其特征在于還具有一個共用控制器；所述控制器分別接收來自所述晶體直徑檢測部分、所述晶體拉升速度控制部分以及所述堝溫控制部分各自的檢測信號，所述控制器(7)應用Fuzzy控制與PID控制結(jié)合的算法計算出晶體拉升調(diào)速信號反饋給所述晶體拉升速度控制部分對晶體拉省速度進行調(diào)整，以及計算出加熱功率調(diào)節(jié)信號反饋給所述堝溫控制部分對熔體的溫度進行調(diào)整。
上述技術(shù)方案中，所述堝溫控制部分包括堝溫檢測電路、加熱電壓電流檢測電路及加熱功率調(diào)節(jié)電路；所述堝溫檢測電路的堝溫檢測信號的輸出端與所述控制器的堝溫檢測信號輸入端電連接；所述加熱電壓電流檢測電路的加熱電壓電流檢測信號輸出端與所述控制器的加熱電壓電流檢測信號輸入端電連接；所述控制器的加熱功率調(diào)節(jié)輸出端與所述加熱功率調(diào)節(jié)電路的加熱功率調(diào)節(jié)輸入端電連接。
上述技術(shù)方案中，所述晶體拉升速度控制部分包括晶體拉升測速電路及晶體拉升調(diào)速電路；所述晶體拉升測速電路的晶體拉升測速信號輸出端與所述控制器的晶體拉升測速信號輸入端電連接；所述控制器的晶體拉升調(diào)速信號輸出端與所述晶體拉升調(diào)速電路的晶體拉升調(diào)速信號輸入端電連接。
上述技術(shù)方案中，所述晶體直徑檢測部分包括一個晶體直徑檢測電路，所述晶體直徑檢測電路的晶體直徑檢測信號輸出端與控制器的晶體直徑檢測信號輸入端電連接。
上述技術(shù)方案中，控制器為可編程邏輯控制器，該可編程邏輯控制器具有通過總線連接的模擬信號輸入單元、CPU、模擬信號輸出單元、I/O接口。
本實用新型具有的積極效果(1)本實用新型以熔體溫度調(diào)節(jié)嵌入晶體生長拉速調(diào)節(jié)，實現(xiàn)預期的直徑控制精度。(2)本實用新型將直徑控制和溫?？刂葡嘟Y(jié)合，實現(xiàn)晶體直徑的等徑自動生長。(3)采用智能控制器控制加熱溫度及晶體的等徑生長，對提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低工作強度、節(jié)約能耗有極大的意義。(4)本實用新型將Fuzzy(模糊)控制和PID(比例微分積分)控制兩種算法結(jié)合起來，獲得了動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能都很好的控制特性?？紤]到PID和Fuzzy控制算法各自的優(yōu)缺點，采用在大偏差范圍內(nèi)Fuzzy控制，小偏差范圍內(nèi)PID控制的方法。即用Fuzzy控制保證系統(tǒng)的良好動態(tài)響應，用PID控制來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而使系統(tǒng)達到優(yōu)良的控制品質(zhì)。


圖1為本實用新型的晶體等徑生長的控制系統(tǒng)的電路裝置框圖。
圖2為本實用新型的控制器的直徑控制原理框圖。
圖3為本實用新型的控制器的溫度控制原理框圖。
圖4為本實用新型在常規(guī)PID控制的基礎上，應用Fuzzy集合理論，根據(jù)不同的|E|和|EC|在線自整定KP、KI、KD時，所采用的整定模型框圖。
圖5為本實用新型的工控機8的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖6為本實用新型的控制器7的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
參見圖1，本實施例的晶體等徑生長的控制系統(tǒng)，具有晶體生長爐，晶體直徑檢測電路1、晶體拉升測速電路2、堝溫檢測電路3、加熱電壓電流檢測電路4、晶體拉升調(diào)速電路5、加熱功率調(diào)節(jié)電路6、控制器7、工控機8和顯示屏9。
晶體直徑檢測電路1的晶體直徑檢測信號輸出端與控制器7的晶體直徑檢測信號輸入端電連接，晶體拉升測速電路2的晶體拉升測速信號輸出端與控制器7的晶體拉升測速信號輸入端電連接，堝溫檢測電路3堝溫檢測信號的輸出端與控制器7的堝溫檢測信號輸入端電連接，加熱電壓電流檢測電路4的加熱電壓電流檢測信號輸出端與控制器7的加熱電壓電流檢測信號輸入端電連接，控制器7的晶體拉升調(diào)速信號輸出端與晶體拉升調(diào)速電路5的晶體拉升調(diào)速信號輸入端電連接，控制器7的加熱功率調(diào)節(jié)輸出端與加熱功率調(diào)節(jié)電路6的加熱功率調(diào)節(jié)輸入端電連接。
工控機8為工控PC機，顯示屏9的屏幕是可觸摸控制的；控制器7的RS-232串行數(shù)據(jù)端與工控機8的RS-232串行數(shù)據(jù)端雙向電連接。
控制器7與工控機8通訊時，波特率為9600b/s，采用周期為1s，控制器7接收數(shù)據(jù)時采用中斷方式，發(fā)送采用程序調(diào)用發(fā)射方式。工控機8的顯示信號輸出端與顯示屏9的顯示信號輸入端電連接，顯示屏9的觸摸信號輸出端與工控機8的觸摸信號輸入端電連接。
控制器7為可編程邏輯控制器，該可編程邏輯控制器具有8點模擬信號輸入單元71，其型號為AD003；CPU72，型號為歐姆龍PLC C200HE/CPU42；8點模擬信號輸出單元71，其型號為DA003；2塊16點I/O輸入單元74，其型號為ID212；2塊16點I/O輸出單元75，其型號為OC225；模擬信號輸入單元71、CPU72、模擬信號輸出單元71、I/O輸入單元74和I/O輸出單元75都具有總線接口，模擬信號輸入單元71、CPU72、模擬信號輸出單元71、I/O輸入單元74和I/O輸出單元75互相電連接在系統(tǒng)總線上。
本實施例的晶體等徑生長的控制系統(tǒng)工作時采用的方法具有以下步驟①測量檢測晶體直徑，采集晶體生長過程中的晶體直徑變化信號；同時測量檢測晶體拉升速度，采集實時拉升速度信號；測量檢測坩堝中熔體的溫度，采集熔體溫度信號；以及測量檢測加熱器加熱電壓電流大小的加熱電壓電流信號；將所述晶體直徑變化信號、所述實時拉升速度信號、所述熔體溫度信號及所述加熱電壓電流信號傳送到共用控制器(7)上；②所述控制器(7)采用位置式PID(比例微分積分)對接收的所述晶體直徑變化信號和所述實時拉升速度信號進行處理，獲得拉升速度控制信號；同時所述控制器(7)采用增量式PID對接收的熔體溫度信號和加熱電壓電流信號進行處理，獲得加熱功率調(diào)節(jié)信號；步驟②中，控制器7在通過晶體拉升調(diào)速電路5對直徑生長進行控制時所采用的運算式為
SL＝SP+F(ΔD)式中，SL為晶體拉升速度，SP為給定的晶體拉升速度，F(xiàn)(ΔD)為直徑控制PID輸出，ΔD為直徑偏差；③將處理后得出的拉升速度控制信號用于控制調(diào)整晶體拉升速度；并將處理后得出的加熱功率調(diào)節(jié)信號用于控制調(diào)整加熱器功率。
其中溫度控制過程中所采用的對電信號的運算式為F(ΔT)=F[Tset-Ti+Σi=0nTr·Δt]+Fset]]>式中，F(xiàn)(ΔT)為溫度控制PID輸出，F(xiàn)set為預定控制PID輸出，Tset為溫度設定，Ti為堝溫檢測信號， 為溫校補償式，Δt為時間段長；其中Tr=Σi=0nTrset·ΔL+F(ΔV)]]>式中，Tr為溫校斜率μV/min，Trset為為溫校斜率預定值，ΔL為晶體拉升段長mm，F(xiàn)(ΔV)為溫?？刂芇ID輸出，ΔV為晶體拉升實速與給定速度偏差值mm。
見圖5和圖6，用戶根據(jù)采樣數(shù)據(jù)并通過工控機8設置晶體生長控制過程的工藝曲線，同時設置控制器7的控制數(shù)據(jù)、工作狀態(tài)、輸入狀態(tài)和輸出狀態(tài)；在工控機8運行監(jiān)控組態(tài)軟件時，用戶通過顯示屏9的觸摸或工控機8的鍵盤對晶體生長過程進行畫面監(jiān)視和控制，同時用戶可以對工藝曲線進一步設定與控制參數(shù)整定。
由于控制對象的復雜性，難以數(shù)學模型精確表達，只能作定性分析。從控制原理，可以確定基本控制策略。眾所周知，PID控制的動態(tài)性能較差，但其積分功能能消除靜差，使穩(wěn)態(tài)性能變好；Fuzzy控制的動態(tài)性能較好，但由于量化等級所限制，使穩(wěn)態(tài)精度不能令人滿意。因此，將Fuzzy控制和PID控制兩種算法結(jié)合起來，就有可能獲得動態(tài)性能、穩(wěn)態(tài)性能都很好的控制特性?？紤]到PID和Fuzzy控制算法各自的優(yōu)缺點，采用在大偏差范圍內(nèi)Fuzzy控制，小偏差范圍內(nèi)PID控制的方法。即用Fuzzy控制保證系統(tǒng)的良好動態(tài)響應，用PID控制來消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，從而使系統(tǒng)達到優(yōu)良的控制；品質(zhì)。
在步驟②的直徑控制中，采用位置式PID。為抑制高頻干擾以及采樣動作對尖峰干擾的敏感性，將理想微分改為有限制微分，偏差信號經(jīng)過中值濾波。算式如下mn=1p{en+1TIΣi=0neiΔT+TDΔT+TDKD(en-en-1)+TDKDΔT+TDKDmn-1}]]>在步驟③的在溫度控制中，為避免引起功率控制回路的振蕩，實現(xiàn)手動與自動的無干擾切換，采用增量式PID，且微分先行，即微分算法不受設定值影響，僅對測量值的偏差信號進行微分算法。算式如下Δmn=mn-mn-1=1p{ΔTTIen+(en-en-1)+TDΔT(e‾n-2e‾n-1+e‾n-2)}]]>式中，mn為第n次輸出值；en為第n次偏差信號；P為比例度；ΔT為采樣周期；TI為積分時間常數(shù)；TD為微分時間常數(shù)；KD為微分增益。
在大偏差的情況下，采用預測型Fuzzy自整定PID參數(shù)控制器7。算式如下mn=KPen+KIΣi=0nei+KDe‾n]]>在常規(guī)PID控制的基礎上，應用Fuzzy集合理論，建立參數(shù)KP、KI、KD。同偏差絕對值|E|和偏差變化絕對值|EC|間的二元連續(xù)函數(shù)關(guān)系以及基于經(jīng)驗法則的模糊規(guī)則，并且根據(jù)不同的|E|和|EC|在線自整定KP、KI、KD。整定模型如圖4所示。
當|E|較大時，取較大的KP和較小的KD，且KI為0；當|E|較小時，取較大的KP和KI，較小的KD。通過將KP、KI、KD、|E|和|EC|模糊化，確定Fuzzy子集的隸屬度，設計出P1D參數(shù)整定表。由表中查出相應的修正系數(shù)，采用臨界比例度法確定基值，從而整定PID參數(shù)。
在本實施例中，由于晶體直徑變化是通過紅外測溫儀對晶體生長時的光環(huán)信號進行間接測量，經(jīng)過對該光環(huán)信號放大，之后計算機再進行采樣，所以該光環(huán)信號極易受到外界干擾，為此引入前饋控制的速度反饋，對該光環(huán)信號進行動態(tài)補償，有效地抑制了外界干擾。
在溫度控制中，引入非線性控制，保證在預先規(guī)定的誤差范圍內(nèi)，通過對晶體拉升速度的測量，將晶體拉升速度與生長過程的拉速設定曲線進行比較，對晶體的生長溫度進行調(diào)節(jié)控制，使晶體提拉速度按工藝設定曲線進行變化，減少了由于PID調(diào)節(jié)產(chǎn)生的滯后。
見圖2，在本實施例中，當晶體直徑變化時，控制器7會自動調(diào)節(jié)晶體拉升速度，使晶體直徑保持不變。
1、在直徑控制時，控制器7的輸入?yún)?shù)說明①直徑信號DI是通過測量晶體生長過程中的固液交界面的光環(huán)信號的變化，從而間接測量晶體的直徑變化。當晶體直徑變大或變小時，直徑信號DI也變大或變小。
②直徑設定SV當晶體等徑生長時，在控制器7投入自動時，取該時刻的直徑信號作為直徑設定值。
③控速輸出OP為一雙極性輸出參數(shù)，其數(shù)值正負變化，量綱為mm/min，與實際晶體拉升速度計量單位一致。
當晶體直徑變大時，直徑信號DI變大，然后控速輸出OP變大，然后晶體拉升速度SL變大，最后晶體直徑變小。
當晶體直徑變小時，直徑信號DI變小，然后控速輸出OP變小，然后晶體拉升速度SL變小，最后晶體直徑變大。
不論直徑信號如何變化，控制器7都能保證晶體直徑的變化在一定的范圍內(nèi)，這就是控制器7的作用和目的。
2、在直徑控制時，控制器7的內(nèi)部參數(shù)①比例增益Pn(Pn＝0～1.99)。Pn越大表明比例作用越強，Pn越小表明比例作用越小。當Pn＝0時，比例作用無效。
②積分常數(shù)In(In＝0～199)。In越大，表明積分作用越小，In越小，表明積分作用越大。當In＞199時，積分作用無效。
③微分增益Dn(Dn＝0～9.9)。Dn越大，表明微分作用越強，Dn越小，表明微分作用越弱。
④控制周期t(t＝0.1～99.9秒)?？刂浦芷诩纯刂破?每隔一個控制周期時間，對控速輸出值進行一次調(diào)整。
⑤控徑參數(shù)Md(Md＝0.00～3.00)。根據(jù)晶體直徑變化對晶體拉升速度進行控制，E1的值選擇在E1＝1.0。
⑥微分斜率Dk(Dk＝00～99)。一般E2的取值在50～80之間即可。
⑦控制器7參數(shù)的選擇。在本實施例中Pn＝1.0，In＝30，Dn＝0.8。Md＝1.20，Dk＝80。
見圖3，溫?？刂频淖饔檬窃诰w生長過程中，控制加熱溫度，使晶體拉升速度按拉速設定曲線SL ramp的設置而變化。當晶體拉升速度偏離設定值時，改變控溫輸出OP值的大小，使晶體直徑發(fā)生變化，這時，控制器7控制晶體拉升的速度，使晶體拉升速度SL接近拉速設定值SP。
在溫?？刂茣r，控制器7的參數(shù)說明1、輸入/輸出參數(shù)輸入/輸出參數(shù)包括晶體拉升速度SL，控溫輸出OP，溫校速率tr，設定拉速SP(即拉速設定曲線SL ramp)。
①晶體拉升速度SL(0～9.99mm/min)。該參數(shù)的顯示值同晶體拉升速度單機的顯示一樣，參數(shù)量綱為mm/min。
②控溫輸出OP(0～4095)。該參數(shù)為一輸出數(shù)字參數(shù)，其輸出數(shù)值0～4095，對應輸出電壓為0～12mv左右(可調(diào))。
③溫校速率tr，(-99.9～99.9μV/MIN)。溫校速率是指每分鐘控溫輸出OP的變化量，當tr＜0為降溫狀態(tài)，tr＞0為升溫狀態(tài)，tr＝0為恒溫狀態(tài)。
④設定拉速SP(SL ramp)。在控制器7投入自動時，將該時刻的晶體拉升速度SL作為設定拉速SP。同時設定拉速按拉速設定曲線SL ramp的參數(shù)設置而隨晶體長度的變化而變化。
2、在溫?？刂茣r，控制器7的內(nèi)部參數(shù)①比例增益Pn(Pn＝0～5.00)。Pn越大，比例作用越強，Po越小，比例作用越弱。
②積分常數(shù)In(In＝0～500)。In越大，積分作用越強，In越小，積分作用越弱。
③控制周期t(t＝0.1～99.9秒)?？刂浦芷诒砻髅扛魰r間t，對溫校速率進行一次調(diào)整。
④控制器7內(nèi)部參數(shù)的選擇。在一般情況下，先設Pn＝1.0，In＝20，t＝20.0。
關(guān)于PID控制的原理和特點在工程實際中，應用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用PID控制技術(shù)最為方便。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象，或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，最適合用PID控制技術(shù)。PID控制，實際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。
比例P控制的控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當僅有比例控制時系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。
在積分I控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個自動控制系統(tǒng)，如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零。因此，“比例+積分”的PI控制器，可以使系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。
在微分D控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分即誤差的變化率成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件環(huán)節(jié)或有滯后delay組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項”，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有“比例+微分”的PD控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，PD控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。
PID控制器的參數(shù)整定是控制系統(tǒng)設計的核心內(nèi)容。PID控制器的參數(shù)整定是根據(jù)被控過程的特性確定PID控制器的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制器參數(shù)整定的方法很多，概括起來有兩大類一是理論計算整定法。它主要是依據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學模型，經(jīng)過理論計算確定控制器參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據(jù)未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調(diào)整和修改。二是工程整定方法，它主要依賴工程經(jīng)驗，直接在控制系統(tǒng)的試驗中進行，且方法簡單、易于掌握，在工程實際中被廣泛采用。PID控制器參數(shù)的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法，三種方法各有其特點，其共同點都是通過試驗，然后按照工程經(jīng)驗公式對控制器參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數(shù)，都需要在實際運行中進行最后調(diào)整與完善?，F(xiàn)在一般采用的是臨界比例法。利用該方法進行PID控制器參數(shù)的整定步驟如下(1)首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；(2)僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數(shù)和臨界振蕩周期；(3)在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數(shù)。
權(quán)利要求1.一種晶體等徑生長的控制系統(tǒng)，具有晶體生長爐；檢測爐內(nèi)晶體生長過程中晶體直徑變化信號的晶體直徑檢測部分；采集爐內(nèi)熔體溫度信號及加熱器的加熱電壓電流信號并反饋控制爐內(nèi)熔體溫度的堝溫控制部分；采集晶體實時拉升速度信號并反饋調(diào)整晶體拉升速度的晶體拉升速度控制部分；其特征在于還具有一個控制器(7)；所述控制器(7)用于分別接收來自所述晶體直徑檢測部分、所述晶體拉升速度控制部分以及所述堝溫控制部分各自的檢測信號，所述控制器(7)是應用Fuzzy控制與PID控制結(jié)合的算法計算出晶體拉升調(diào)速信號反饋給所述晶體拉升速度控制部分對晶體拉升速度進行調(diào)整，以及計算出加熱功率調(diào)節(jié)信號反饋給所述堝溫控制部分對熔體的溫度進行調(diào)整的控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體等徑生長的控制系統(tǒng)，其特征在于所述堝溫控制部分包括堝溫檢測電路(3)、加熱電壓電流檢測電路(4)及加熱功率調(diào)節(jié)電路(6)；所述堝溫檢測電路(3)的堝溫檢測信號的輸出端與所述控制器(7)的堝溫檢測信號輸入端電連接；所述加熱電壓電流檢測電路(4)的加熱電壓電流檢測信號輸出端與所述控制器(7)的加熱電壓電流檢測信號輸入端電連接；所述控制器(7)的加熱功率調(diào)節(jié)輸出端與所述加熱功率調(diào)節(jié)電路(6)的加熱功率調(diào)節(jié)輸入端電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體等徑生長的控制系統(tǒng)，其特征在于所述晶體拉升速度控制部分包括晶體拉升測速電路(2)及晶體拉升調(diào)速電路(5)；所述晶體拉升測速電路(2)的晶體拉升測速信號輸出端與所述控制器(7)的晶體拉升測速信號輸入端電連接；所述控制器(7)的晶體拉升調(diào)速信號輸出端與所述晶體拉升調(diào)速電路(5)的晶體拉升調(diào)速信號輸入端電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體等徑生長的控制系統(tǒng)，其特征在于所述晶體直徑檢測部分包括一個晶體直徑檢測電路(1)，所述晶體直徑檢測電路(1)的晶體直徑檢測信號輸出端與控制器(7)的晶體直徑檢測信號輸入端電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種晶體等徑生長的控制系統(tǒng)，其特征在于控制器(7)為可編程邏輯控制器，該可編程邏輯控制器具有通過總線連接的模擬信號輸入單元(71)、CPU(72)、模擬信號輸出單元(71)、I/O接口。
專利摘要本實用新型涉及一種晶體等徑生長的控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有晶體生長爐、晶體直徑檢測部分和堝溫控制部分；采集晶體實時拉升速度信號并反饋調(diào)整晶體拉升速度的晶體拉升速度控制部分；還有一個共用控制器；所述控制器分別接收來自所述晶體直徑檢測部分、所述晶體拉升速度控制部分以及所述堝溫控制部分各自的檢測信號，所述控制器應用Fuzzy控制與PID控制結(jié)合的算法計算出晶體拉升調(diào)速信號反饋給所述晶體拉升速度控制部分對晶體拉升速度進行調(diào)整，以及計算出加熱功率調(diào)節(jié)信號反饋給所述堝溫控制部分對熔體的溫度進行調(diào)整。系統(tǒng)達到優(yōu)良的控制品質(zhì)，大大提高晶體等徑生長階段的直徑控制精度，穩(wěn)定提高大直徑硅單晶棒一次拉制的成品率。
文檔編號C30B15/22GK2825658SQ20052001110
公開日2006年10月11日 申請日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者荀建華 申請人:荀建華