[發(fā)明專利]一種還原爐系統(tǒng)的溫度控制方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110664665.2
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN115480479A
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉雄;李西良;范協(xié)誠;李朋;謝麗蓉;葉金鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 新疆新特晶體硅高科技有限公司;新特能源股份有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 北京天昊聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11112
• 代理人: 羅建民;鄧伯英

本發(fā)明公開一種還原爐系統(tǒng)的溫度控制方法，包括：將控制指令輸入值輸入模型器中；再將模型器中輸出的溫度輸出值y(k)與設(shè)定的期望輸出溫度y*(k+1)的差值輸入控制還原爐系統(tǒng)的控制器，將通過控制器計算得到的控制指令輸入值作用于還原爐系統(tǒng)，預(yù)測出其在k時刻實際的輸出溫度y(k)；將y(k)與y*(k+1)進行比較，如果差值超出了預(yù)設(shè)的誤差閾值，則將所述差值重新輸入所述控制器進行循環(huán)校正，直至差值在預(yù)設(shè)的誤差閾值內(nèi)。相應(yīng)地，還提供溫度控制裝置。該溫度控制方法可匹配控制非線性、大時滯性、強耦合作用的還原爐系統(tǒng)，并提高還原爐系統(tǒng)的硅棒溫度的控制精度和動態(tài)性能，且使還原爐系統(tǒng)的溫度控制具有較高的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多晶硅技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種還原爐系統(tǒng)的溫度控制方法及裝置。

背景技術(shù)

還原爐中，多晶硅生產(chǎn)需要經(jīng)過預(yù)加熱過程、持續(xù)加熱過程和恒溫加熱過程，而其中最重要的一個環(huán)節(jié)就是恒溫加熱過程，恒溫加熱過程中硅棒表面溫度需要維持在1000℃～1080℃。

由于還原爐是一個具有大時滯性、強耦合作用和非線性特性的系統(tǒng)，因此增大了對還原爐系統(tǒng)進行溫度控制的難度。現(xiàn)有的線性控制方法，難以滿足還原爐系統(tǒng)對溫度調(diào)節(jié)的需求，也就是說現(xiàn)有技術(shù)存在控制對象的強烈非線性、時變性與現(xiàn)有線性控制方法之間的不匹配問題。為解決該問題，提高還原爐的溫度控制品質(zhì)并保障系統(tǒng)的可靠性，亟需提出一種更先進的控制方法，用于匹配控制非線性、大時滯性、強耦合作用的還原爐系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種還原爐系統(tǒng)的溫度控制方法及裝置，可匹配控制非線性、大時滯性、強耦合作用的還原爐系統(tǒng)，并提高還原爐系統(tǒng)的硅棒溫度的控制精度和動態(tài)性能，且使還原爐系統(tǒng)的溫度控制具有較高的穩(wěn)定性。

本發(fā)明實施例提供一種還原爐系統(tǒng)的溫度控制方法，包括：將控制指令輸入值u(k)輸入模型器中，所述模型器中設(shè)有改進緊格式數(shù)據(jù)模型：

其中，y(k)和u(k)分別為還原爐系統(tǒng)的溫度輸出值與控制指令輸入值,τ為滯后時長，T＞0為差值周期，Φ(k)為偽偏導(dǎo)數(shù)；再將模型器中輸出的溫度輸出值y(k)與設(shè)定的期望輸出溫度y*(k+1)的差值輸入控制還原爐系統(tǒng)的控制器，所述控制器包括第一計算器和第二計算器：所述第一計算器用于根據(jù)式(25)計算出還原爐系統(tǒng)在k時刻的輸入u(k)：

其中，β＞0,λ＞0,為懲罰因子，ρ₁、ρ₂、ρ₃∈(0,1]為步長因子，y*(k+1)為k+1時刻期望輸出溫度，y(k)為k時刻實際的輸出溫度；所述第二計算器用于根據(jù)式(28)計算出還原爐系統(tǒng)k時刻

其中，η∈(0,2]為步長因子，μ＞0為懲罰因子，為偽偏導(dǎo)數(shù)估計值；將通過所述控制器計算得到的u(k)作用于所述還原爐系統(tǒng)，預(yù)測出其在k時刻實際的輸出溫度y(k)；將y(k)與y*(k+1)進行比較，如果差值超出了預(yù)設(shè)的誤差閾值，則將所述差值重新輸入所述控制器進行循環(huán)校正，直至差值在預(yù)設(shè)的誤差閾值內(nèi)。

優(yōu)選地，還原爐系統(tǒng)的溫度控制方法還包括：建立模型器。所述建立模型器具體包括：建立還原爐系統(tǒng)模型；對還原爐系統(tǒng)模型進行動態(tài)線性化轉(zhuǎn)換，得到所述改進緊格式數(shù)據(jù)模型。

優(yōu)選地，所述建立還原爐系統(tǒng)模型，具體包括：建立硅棒電流與溫度的第一模型：

其中，硅棒兩端的電壓U₀＝I₀R、K為混合氣體與周圍介質(zhì)的總傳熱系，D為硅棒直徑，η為比例系數(shù)，C為還原爐內(nèi)反應(yīng)混合氣體的熱比容,G為還原爐內(nèi)反應(yīng)混合氣體的質(zhì)量，溫度延時時間常數(shù)τ_g一般取5～12s，V為硅棒體積，G、K、D隨時間變化；