自动阻抗匹配器驱动程序设计及匹配算法研究

摘要

射频耦合系统在工业和医疗领域有着广泛地应用，其中射频耦合等离子体设备系统是生产大规模集成电路、液晶屏等产品中关键工艺的主流设备，而影响设备系统性能的关键部件就是阻抗匹配器。增强阻抗匹配器的自动调节功能和匹配精度，并保证整个设备系统工作在稳定的状态，是最终保证产品生产质量和效率的重要因素。针对国内无自动阻抗匹配器的现状，具体开展提高自动阻抗匹配器功能及性能的研究开发工作，具有非常现实的社会意义和应用价值。 本论文基于已有的自动阻抗匹配系统硬件平台开展研究，主要进行了以下几个方面的工作： 1.为基于ARM核心的的自动阻抗匹配器系统的电容调节、反射系数采集、人机接口三大功能模块编写驱动程序。设计了电容位置检测和电机驱动调节程序，实现对电容参数的开环调节以及基于数字PID的闭环调节；完成了反射系数采集模块的模拟、数字滤波器设计和快速采集处理实现；为人机接口设计了基于中断和队列的按键查询和处理机制，实现了彩色LCD显示功能。 2.针对梯度下降搜索算法在自动阻抗匹配系统中使用时存在收敛速度慢、易陷入局部最优值点的问题，提出将模拟退火算法运用于该系统中。给出了分析设计过程，并针对实际应用做了局部改进。在实验平台上验证了该算法用于自动匹配搜索的可行性，同时通过实验数据和理论分析进一步优化参数，得到了较好的匹配效果。 3.按照用户需求将各个功能模块驱动程序和基于模拟退火的匹配算法程序进行整合，开发了自动阻抗匹配器的自动/手动调节等功能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1研究意义

1.2国内外研究概况

1.3本文的主要研究内容

第2章自动阻抗匹配器工作原理分析

2.1阻抗匹配问题讨论

2.1.1阻抗匹配与最大功率传输

2.1.2阻抗匹配与信号反射

2.1.3 ICPS系统的阻抗匹配条件

2.2阻抗匹配网络

2.3自动阻抗匹配器及自动调节算法

2.3.1坐标轮换法

2.3.2梯度下降法

2.3.2基于梯度信息的算法存在的问题

第3章自动阻抗匹配器驱动程序设计

3.1自动阻抗匹配系统框图

3.2电容调节模块的驱动设计

3.2.1电容位置的检测和标定

3.2.2电机驱动

3.2.3基于比例加积分的电容调节

3.3反射系数采集

3.3.1模拟滤波器设计

3.3.2数字滤波器设计

3.3.1快速采集和处理的实现

3.4人机接口的驱动设计

3.4.1按键驱动

3.4.2 LCD显示驱动

第4章模拟退火算法在自动阻抗匹配器中的应用

4.1模拟退火算法介绍

4.2算法设计

4.2.1解空间和目标函数

4.2.2新解的产生

4.2.3退火过程设计

4.2.4匹配搜索算法的局部改进

4.3算法实现

4.3.1无需回溯的新解产生机制

4.3.2程序设计流程

4.4算法应用

4.4.1实验平台搭建

4.4.2实验分析和参数优化

4.5结论

第5章自动阻抗匹配器匹配功能的实现

5.1系统功能分析

5.2系统启动和初始化

5.3系统主程序

第6章工作总结和后继工作

6.1工作总结

6.2后继工作

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果