大面积石墨烯CVD生长设备控制系统的研发

摘要

正是由于石墨烯所具有的独特结构和优异性能，因此石墨烯在物理、化学和材料等领域有着非常广阔的应用前景。用CVD（化学气相沉积）法可以制备高质量、大面积的石墨烯，该方法目前得到广泛应用。
　　石墨烯CVD压力控制系统具有“非线性”、“参数时变性”、“滞后”等特点，而气体压力直接决定了石墨烯的生长质量，为了获得高质量的石墨烯，有效地控制好气体压力，对压力控制算法的研究显得尤为重要。
　　本论文首先分析了石墨烯CVD控制系统的结构及原理，确定了系统的硬件组成，并利用WinCCV6.0组态软件以及Step7编程软件分别设计了系统的上位机监控界面和PLC系统控制程序，完成了系统的软硬件设计。然后采用系统辨识方法建立了石墨烯CVD气体压力控制系统的数学模型。针对该数学模型，研究了常规PID控制算法、模糊PID控制算法和专家PID控制算法，并将常规PID控制算法通过WinCC的脚本程序应用到实际压力控制系统，实现了对石墨烯真空反应室内压力的精确控制；本论文进一步研究讨论了模糊控制方法对气体压力的控制效果，利用 MATLAB中的SIMULINK仿真软件搭建了仿真系统，并对仿真结果进行比较分析，结果表明模糊 PID控制方法能够实现系统的稳定控制，控制效果比较理想；最后讨论分析了专家PID控制方法在该压力系统中的可行性。