摘要：采用自調(diào)整因子混合式模糊PID控制方法，對(duì)單晶爐的提拉速度進(jìn)行控制。工程實(shí)際運(yùn)行表明，該方法不僅能夠提高系統(tǒng)的魯棒性，還可以提高系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能，獲得了滿意的控制效果。
　　關(guān)鍵詞：?jiǎn)尉t; 提拉速度; 自調(diào)整模糊控制器
　　中圖分類號(hào)：TP273+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-353X(2003)03-0032-02
　　1 引言
　　隨著IT產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)集成電路所需要的半導(dǎo)體材料單晶硅急劇增長(zhǎng)。單晶硅的提拉速度控制，是在硅結(jié)晶生長(zhǎng)開(kāi)始時(shí)，用低速提拉，生長(zhǎng)過(guò)程中勻速提拉的辦法制成的。提拉速度的控制性能將直接影響到晶體的質(zhì)量。因此其速度的穩(wěn)定性的控制顯得相當(dāng)重要，本文設(shè)計(jì)了一種混合式自調(diào)整模糊控制的單晶爐提拉速度控制系統(tǒng)，可達(dá)到很好的速度控制效果。
　　2 工藝要求[1]
　　單晶爐提拉工藝。提拉控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速n經(jīng)減速器、齒輪齒條減速后帶動(dòng)提拉桿上下運(yùn)動(dòng)。根據(jù)硅單晶工藝，要求提拉速度 V能在0.2～10.0 mm/h內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié),它相對(duì)于給定信號(hào)的線性 > ±2% 。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化范圍n 為0.0833～4.167 r/min。在如此低速的情況下既保證系統(tǒng)具有寬調(diào)速范圍，又要有良好的線性度、穩(wěn)定度和。當(dāng)提拉負(fù)載增大引起線速度為零時(shí)，提拉桿能保持其位置而不上下滑動(dòng)，也就是說(shuō)在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，還必須能輸出足夠大的力矩。
　　3 混合式自調(diào)整模糊控制器原理與設(shè)計(jì)
　　3.1 混合式模糊PID控制原理[2]
　　在一般的模糊控制系統(tǒng)中，考慮到模糊控制器實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)易性和快速性，通常采用二維模糊控制器 [3]的結(jié)構(gòu)形式，該類控制器具有PD控制器的作用，可以獲得良好的動(dòng)態(tài)性能，但靜態(tài)性能卻不能令人滿意。由線性控制理論可知，積分控制作用能消除穩(wěn)態(tài)誤差，因此，把積分控制引入FUZZY PD控制器，構(gòu)成FUZZY PID混合控制器，可大大改善模糊控制器的穩(wěn)態(tài)性能。
　　FUZZY PID混合模糊控制器控制的單晶爐提拉速度控制系統(tǒng)。其部分FUZZY PID混合模糊控制器由一個(gè)常規(guī)積分控制器和一個(gè)二維模糊控制器并聯(lián)而成。常規(guī)積分控制器輸出 Ui和模糊控制器輸出Uf 相疊加，作為混合模糊PID的總輸出，即U=U i+Uf，可使系統(tǒng)成為無(wú)差模糊控制系統(tǒng)。
　　3.2 模糊控制器的自調(diào)整因子的設(shè)計(jì)
　　設(shè)誤差E、誤差變化EC及控制量 U的論域選取為{E}={EC}={U}=[-6，+6]，它們的模糊集均為 {NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}，隸屬函數(shù)采用對(duì)稱三角形，則基于知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，以及模糊推理建立控制規(guī)則。
　　模糊控制系統(tǒng)在不同的狀態(tài)下，對(duì)控制規(guī)則中誤差E及其變化EC的加權(quán)程度有不同的要求，須考慮對(duì)不同的誤差等級(jí)引入不同的加權(quán)因子，以實(shí)現(xiàn)對(duì)模糊控制的自調(diào)整。帶自調(diào)整因子的控制規(guī)則[4]可由下式表示
　　式中 0≤α0≤αs≤1； α∈[α0，αs ]；c為誤差變化EC的加權(quán)因子。
　　通過(guò)調(diào)整α值，可以改變對(duì)誤差和誤差變化的不同加權(quán)程度。該控制規(guī)則的特點(diǎn)式調(diào)整因子α在 α0至αs之間隨著誤差 E的大小呈線性變化。量化控制規(guī)則體現(xiàn)了按誤差的大小自動(dòng)調(diào)整誤差對(duì)控制作用的權(quán)重，因?yàn)檫@種自動(dòng)調(diào)整是在整個(gè)誤差領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行的，所以稱之為在全論域范圍內(nèi)帶有自調(diào)整因子的模糊量化控制規(guī)則。該控制規(guī)則具有可優(yōu)化、易于通過(guò)微機(jī)實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)控制算法的特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)控制規(guī)則的軟件流程。
　　4 硬件實(shí)現(xiàn)
　　混合模糊PID控制器的硬件結(jié)構(gòu)。采用INTEL196KC單片處理器，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊控制算法和參數(shù)的自整定；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2732存儲(chǔ)一些規(guī)則參數(shù)、控制參數(shù)及控制算法的結(jié)果；C (u)為混合模糊PID控制器的輸出。