基于粒子群算法的温度传感器测点优化布置

摘要

本文以单晶炉拉晶过程中的自由液面为研究对象，主要进行了两方面的研究：单晶炉拉晶过程中自由液面的温度效应分析；基于粒子群算法的有限个温度传感器优化布置。
　　对于单晶炉拉晶过程中自由液面的温度效应分析，采用有限元的方法研究单晶炉拉晶过程中自由液面的温度场和热变形场的变化规律。在单晶硅熔液的热对流、炉内环境的长波辐射、炉内的非对称磁场等各种边界条件的作用下，对单晶炉拉晶时自由液面的温度场进行分析，通过运算可得正常拉晶时自由液面的温度场，根据此温度场尤其是同液界面的温度场可大致判定单晶硅拉制过程中固液界面的热应力在正常的范围之内，从而可以减少单晶硅拉制过程断裂的概率。
　　有限个温度传感器测点的优化布置主要包含两个部分：一是利用空间反距离加权插值法重建温度场，以温度场中有限个温度测点的坐标位置和温度值插值出温度场中其余均匀分布的温度测点，通过比较其均方根误差及最大误差的绝对值来衡量所选的插值方法的好坏。二是基于粒子群算法的温度传感器优化布置，在温度场中优化布置有限个温度传感器监测点。该部分主要包含三方面的内容：1．选择了一种较好的算法—粒子群算法，并结合课题的研究背景定义了该算法的适应度函数；2．对传统粒子群算法进行改进，尽量避免粒子群在进化的过程中陷入局部最优；3．为了使粒子群在每一次迭代过程中都得到最佳的适应度函数值，因此，在粒子群迭代的过程中引入了一次优化。通过以上的思路可以得到一个比较理想的温度传感器测点的布置方案。
　　当前国内对温度场监测以及插值还原的研究相对比较少，基于此种情况，本文做出了一些尝试，阐述了一些相关的理论以及所采取的研究方法，所做出的工作对单晶炉自由液面的温度场监测具有一定的工程指导意义。

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1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究内容

2 直拉式单晶炉自由液面温度效应的研究

2.1 传热学基本知识简介

2.2 温度场计算方法理论

2.3 单晶炉自由液面的温度效应分析

2.4 本章小结

3 基于空间反距离加权插值法的温度场还原

3.1 空间插值法理论

3.2 基于反距离加权插值法的插值还原分析

3.3 插值半径可变的IDW

3.4 本章小结

4 基于粒子群算法的温度传感器优化布置

4.1 引言

4.2 粒子群算法的基本理论

4.3 二维平面上温度测点优化布置的研究

4.4 本章小结

5 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献