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专利号: 2020115862459
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 晶体生长〔3〕
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种周期单脉冲控制单晶炉软轴提拉系统非周期摆动方法,其特征在于,按照以下步骤具体实施:

步骤1、构建晶体生长软轴提拉系统的动力学模型;

步骤2、构建周期单脉冲控制器,外部扰动的幅值与软轴提拉系统偏心距有关,软轴提拉系统阻尼由固液接触点决定,系统的偏心和阻尼参数都未知,也无法通过外部操作;外部唯一可以操作的变量是晶转速度Ω,选择脉冲控制能够减少对平均转速的影响,也就是减小对工艺参数的影响;

步骤3、确定周期单脉冲控制器的参数选择范围。

2.根据权利要求1所述的周期单脉冲控制单晶炉软轴提拉系统非周期摆动方法,其特征在于:所述的步骤1中,根据软轴提拉系统的工作原理,将引晶阶段的系统化简为一个旋转摆,假设系统满足如下条件:1)引晶阶段软轴提拉的速度非常缓慢,假设软轴的长度l不变;2)忽略软轴的质量,将籽晶和夹头简化为一个质量为m的质点;3)软轴提拉系统受到的外部扰动由本系统偏心造成,偏心距为r,该扰动的频率与本系统工作的旋转速度一致。

3.根据权利要求2所述的周期单脉冲控制单晶炉软轴提拉系统非周期摆动方法,其特征在于:所述的步骤1中,具体过程是,基于假设系统满足条件,软轴提拉系统无量纲的数学模型如式(1)所示:

其中,t是时间变量,x1是软轴相对于旋转中心垂线的摆动角度θ,x2是摆动角的变化速度,可知,x1和x2是软轴提拉系统的状态变量;

另外,Ω是软轴提拉系统无量纲转速,无量纲化外部扰动幅值和软轴提拉系统阻尼分别为A和c,这三个量为软轴提拉系统的参数。

4.根据权利要求3所述的周期单脉冲控制单晶炉软轴提拉系统非周期摆动方法,其特征在于:所述的步骤2中,具体过程是,在现有工艺设定转速的基础上增加脉冲控制,脉冲控制器数学模型如式(2)和式(3)所示:其中,脉冲控制的周期表示为T=2π/Ω,与软轴提拉系统周期一致,2Δ为脉冲持续时间,κ是脉冲幅值,n是表示第n个周期。

定义P(t)=Ω+F(t)为被控后的转速,并定义正的脉冲幅值为增加转速,负的脉冲幅值为降低转速,基于脉冲控制的软轴提拉系统,被控系统的方程式如式(4)所示:

5.根据权利要求4所述的周期单脉冲控制单晶炉软轴提拉系统非周期摆动方法,其特征在于:所述的步骤3中,具体过程是,本步骤采用Melnikov方法,得到将软轴提拉系统摆动控制到周期运动的控制参数应满足如不等式(5)所示:

其中

N为傅

里叶级数,实际计算时取足够大,当选择满足不等式(5)的脉冲控制器的参数对(Δ,κ),能够保证式(4)所示的软轴提拉系统为周期运动。