[发明专利]直拉硅单晶生长系统中磁场电源的控制方法

权利要求书

1.直拉硅单晶生长系统中磁场电源的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：在当前k时刻获得系统采样信号，其中包括真实储能电感电流i_L1s(k)，真实负载电感电流i_L2s(k)以及真实负载电压v_os(k)，将系统负载电压v_os(k)与目标电压v_f(k)比较形成偏差信号Δv(k)，然后输入外环无模型自适应控制器MFAC；内环混合逻辑动态MLD模型根据当前时刻的采样信号以及当前时刻的控制量u(k)进行模型状态更新；

步骤1的模型更新部分在更新前采用式(1)引入系统真实变量进行反馈校正，

x_m(k+1)＝x_m(k)+α(x_s(k)-x_m(k)) (1)

其中x_m(k)＝[i_L1(k) i_L2(k) v_o(k)]^T为MLD模型状态，i_L1(k)、i_L2(k)、v_o(k)分别为采样点k时刻的储能电感电流、负载电感电流和负载电压；x_s(k)＝[i_L1s(k) i_L2s(k) v_os(k)]^T为系统状态，α∈[0,1]为权重，通过调整权重α可以改变模型状态与系统状态的反馈比例，从而调整系统的响应速度；

步骤2：外环无模型自适应控制器MFAC根据步骤1得到的偏差信号Δv(k)计算出当前时刻内环电感电流的参考值I_ref(k)，内环MLD模型更新完毕得到当前时刻的模型状态x_m(k)；

步骤2中混合逻辑动态MLD模型建立的具体步骤如下，

定义降压型磁场电源的状态变量x_m＝[i_L1 i_L2 v_o]^T，可以推导出电路的状态方程为：

其中：

其中：x(k)为k时刻MLD模型状态、u(k)为k时刻系统输入量，L₁为储能电感、L₂为负载电感、R为负载电阻、Vg为输入电压、i_L1、i_L2、v_o分别为储能电感电流、负载电感电流、负载电压；n＝1为开关管导通时电路的状态；

n＝2为开关管关断，但电感电流i_L1(k)＞0时电路的状态；

n＝3为开关管关断，并且电感电流i_L1(k)＝0时电路的状态；

即开关管导通、关断且电感电流i_L1(k)＞0、关断且电感电流i_L1(k)＝0时的电路状态表达式分别用S₁，S₂，S₃表示：

其中，i_L1(k)为k时刻储能电感电流，电路中的电感电流连续模式CCM可描述为状态S₁，S₂的循环，电感电流断续模式DCM可描述为状态S₁，S₂，S₃的循环；

由于系统仅存在三种状态，定义一个逻辑变量g(k)，令：

用u(k)和逻辑变量g(k)来表示电路状态，如下表1所示：

表1三种状态对应的变量值

	u(k)	g(k)
1]]>	1	1
2]]>	0	1
3]]>	0	0

将式(2)的三种状态合并在一起，

其中：

引入逻辑变量δ₁(k)，δ₂(k)，δ₃(k)，δ₄(k)使得系统状态与逻辑变量有如下对应关系：

当δ₁(k)＝1时表示k时刻系统处于状态S₁，即开关管处于导通状态；

当δ₂(k)＝1时表示k时刻系统处于状态S₂，即开关管处于关断状态，但电感电流i_L1(k)＞0；

当δ₃(k)＝1时表示k时刻系统处于状态S₃，即开关管处于关断状态，并且电感电流i_L1(k)＝0；

当δ₄(k)＝1时表示k时刻电感电流i_L1(k)＞0；

对于磁场电源而言，系统在同一时刻只能处于一种状态中，故存在系统状态的约束：

δ₁(k)+δ₂(k)+δ₃(k)＝1 (10)

对于逻辑变量g(k)可表示为：

g(i_L1(k),u(k))＝δ₁(k)+(δ₂(k)+δ₃(k))δ₄(k) (11)

将式(8)、式(10)代入式(7)，经过整理可得磁场电源的混合逻辑动态MLD模型：

其中，x_m(k)为采样点k时刻的模型状态，x_m(k+1)为采样点k+1时刻的模型状态，y_m(k)为k时刻模型输出，u(k)＝δ₁(k)为k时刻的系统输入量，O_3×3为零矩阵，辅助逻辑变量δ(k)＝[δ₂ δ₃ δ₄]^T，辅助连续变量z(k)＝[z₁ z₂ z₃ z₄ z₅ z₆]^T，系数矩阵中的变量定义如下:

其中，L₁为储能电感，L₂为负载电感，C₁为滤波电容，R为负载电阻，T为采样周期，辅助连续变量定义为：

并且上述辅助连续变量由下述不等式组约束：

I_max1、I_min1分别是储能电感电流的最大值和最小值，

I_max2、I_min2分别是负载电感电流的最大值和最小值，

v_omax、v_omin分别是负载电压的最大值和最小值，

式(8)、(9)所形成的对应关系，分别表示为下列线性不等式：

其中，ε为误差允许量，i_L2(k)为k时刻负载电感电流，将推导得到的模型整理可得到混合逻辑动态MLD模型通式，如式(18a、18b、18c)所示，其中式(18c)表示系统在状态更新过程中所需要的约束，

x(k+1)＝Ax(k)+B₁u(k)+B₂δ(k)+B₃z(k) (18a)

y(k)＝Cx(k) (18b)

E₂δ(k)+E₃z(k)≤E₄x(k)+E₁u(k)+E₅ (18c)

其中，

步骤3：模型预测控制器MPC根据步骤2得到的储能电感电流参考值I_ref(k)以及当前时刻的模型状态x_m(k)计算下一时刻的控制量u(k)，将得到的控制量施加到被控系统以及内环MLD模型中。