[發明專利]大流量氣相法晶體生長的壓力自適應模糊控制方法

在審

• 申請號: 202010965699.0
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112210825A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 于凱;陳建麗;洪穎;竇英;張皓;高飛;郭森;李暉;王利杰
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十六研究所
• 主分類號: C30B23/00
• 分類號: C30B23/00;C30B25/00;C30B29/36
• 代理公司: 天津中環專利商標代理有限公司 12105
• 代理人: 胡京生

1.一種大流量氣相法晶體生長的壓力自適應模糊控制方法，基于大流量氣相法晶體生長爐的儀表控制系統，其包括生長腔室（1）、進氣管道（2）、氬氣流量計（3）、壓力變送器（5）、控壓儀表（6）、機械泵（8）、分子泵前級閥（9）、分子泵（10）、排氣管道（11）、壓力傳感器（12），其特征在于：還包括上位機（4）、電控碟閥（7），上位機（4）通過通訊纜分別與氬氣流量計（3）、控壓儀表（6）連接，電控碟閥（7）通過排氣管道分別與生長腔室（1）、排氣管道與機械泵（8）連接，構成大流量氣相法晶體生長的壓力自適應模糊控制系統；壓力控制調節方法為上位機（4）根據壓力的測量值和設定值之間的偏差及偏差的變化率的大小，按照模糊控制規則所獲得的PID參數增量調節，更新控壓儀表（6）中的3個PID參數，具體包括以下步驟：

一、首先開啟機械泵（8），在上位機（4）中設定控壓儀表（6）的目標壓力為0mbar，并設定電控碟閥（7）的最小開度為99%，最大開度為100%，通過機械泵（8）和電控碟閥（7）這一條氣路對生長腔室（1）進行低真空抽氣操作；待系統真空降至1×10^-1Pa，設定電控碟閥（7）的最小開度為0%，最大開度也為0%，即關閉電控碟閥（7）這條氣路，然后開啟分子泵前級閥（9），同時啟動分子泵（10）開始進行高真空抽氣操作，待系統真空降至1×10^-3Pa時，關閉分子泵（10）和分子泵前級閥（9），最后關閉機械泵（8）；

二、在上位機（4）中設定氬氣流量計（3）的流量為10L/min，通過進氣管道（2）進入生長腔室（1）內，待爐內充氣壓力至1100mbar時將流量計（3）的流量設定為0L/min；

三、在上位機（4）中設定控壓儀表（6）的目標壓力為10-1000mbar，再設定氬氣流量計（3）的流量為0-10L/min，之后設定電控碟閥（7）的最小開度為0%，最大開度為100%，保證電控碟閥（7）能在關閉和打開的范圍內連續變化，最后開啟機械泵（8）；

四、用e(k)和ec(k)的模糊論域的變量，計算e(k)模糊化的比例因子及ec(k)模糊化的比例因子：

根據已知誤差公式e(k) =r(k)-y(k)和誤差的變化率公式ec(k) =e(k)-e(k-1)，其中y(k)表示當前壓力變送器（5）的測量值、r(k)表示當前控壓儀表（6）的設定值，其中e(k)及ec(k)的最大控制范圍是[-20，20]，用E和EC分別代表e(k)和ec(k)的模糊論域的變量， E及EC的最大控制范圍是[-10，10]，則e(k)模糊化的比例因子為變量E和e(k)的范圍比值，同理ec(k)模糊化的比例因子為變量EC和和ec(k)的范圍比值；

五、在上位機（4）中設定控壓儀表（6）的PID控制的3個參數的最大增量調節范圍：Δkp、ΔkI、Δkd均為[-10,10]，根據表1[模糊控制規則]進行模糊運算公式求得表2[PID參數的增量調節表]，之后根據每次采樣的e(k)和ec(k)的數值，先將其轉換為模糊論域內的變量數值，在表2中進行查表獲得Δkp、ΔkI、Δkd的增量調節數值；

表1模糊自適應控制規則表

表2 模糊自適應PID參數調節增量表

六、獲得Δkp、ΔkI、Δkd的增量調節數值之后，更新控壓儀表PID的三個參數KP、KI、KD，再根據PID計算公式得到控制輸出的百分比，控壓儀表（6）將輸出的百分比轉換為0-5V的電壓信號送給電控碟閥（7）調整開啟比例，經過3分鐘左右的調節時間，系統壓力穩定在目標壓力值，上下波動控制在±1mbar之內；

七、若需要改變壓力控制目標值，則在上位機（4）中重新設定控壓儀表（6）的目標壓力，再設定氬氣流量計數值，重復上面的第四和第五步驟，同樣在經過3分鐘左右的調節之后，系統壓力穩定在新的壓力目標值，上下波動同樣控制在±1mbar之內。