大直径直拉式单晶炉等径控制系统的工程应用研究

摘要

近些年来太阳能光伏行业快速发展，单晶硅被大量应用在太阳能领域。目前，单晶生产设备都已经比较成熟，但还是存在一些需要改进的方面。所以，单晶设备的优化不仅可以提升单晶硅的品质，而且可以降低单晶硅的成本，意义非常重要。
　　目前，市场对于单晶产品的直径尺寸要求越来越大。本文针对大直径直拉式单晶炉等径控制系统的工程应用进行了研究，将控制系统的硬件和软件进行了创新设计。文章首先简介了直拉单晶炉的结构，然后叙述了单晶炉等径控制的原理，之后结合积累的经验对控制系统进行了设计研究。硬件方面主要是对传统的驱动方式进行了改进，并且引入CCD系统对直径进行测量。软件方面主要是采用了CANopen的现场总线模式，组成了数字化通信网络，实现了信息处理的现场化。
　　等径控制性能的优劣直接关系到生产出的单晶硅产品的质量。拉晶过程中，单晶硅棒的直径大小主要受到晶体拉速和温度的影响。而拉速和温度又以直径为中心相互影响，传统的PID控制在这方面具有局限性。因此，课题引入了内模控制，将内模控制与PID相结合形成内模PID控制器。文中阐述了内模控制的基本原理以及IMC-PID的研究过程，将等径控制的数学模型与IMC-PID控制器相结合的控制方式进行仿真研究，仿真结果符合工程应用的需要。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 直拉法单晶等径生长控制技术

1．2．1 直拉法单晶生长概述

1．2．2 国内外单晶设备现状简介

1．2．3 直拉单晶炉等径控制系统简述

1．3 课题主要研究内容

第二章 直拉式单晶炉等径控制原理与工艺流程

2．1 单晶等径生长控制的原理

2．2 直拉单晶硅生长工艺流程

2．3 小结

第三章 大直径直拉式单晶炉控制系统的工程研发

3．1 直拉式单晶炉设备技术要求

3．1．1 主要技术参数

3．1．2 设备放置环境要求

3．1．3 冷却水源与排水

3．1．4 提供氩气要求

3．2 直拉式单晶炉设备机械结构

3．3 直拉式单晶炉电控系统的设计研发

3．3．1 电控系统硬件构架设计

3．3．2 电控系统硬件选型

3．3．3 电控系统软件设计

3．4 小结

第四章 单晶炉直径控制环基于IMC-PID控制器设计与仿真研究

4．1 单晶炉直径控制环

4．1．1 直径控制环各部分组成

4．1．2 常用控制算法

4．2 直径控制环拉速-直径过程建模

4．2．1．建模分析

4．2．2．最小二乘法建模

4．2．3．IMC-PID控制器设计

4．2．4．仿真结果

4．3 小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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