[发明专利]直拉硅单晶生长系统中磁场电源的控制方法

说明书

本发明公开了直拉硅单晶生长系统中磁场电源的控制方法，具体步骤如下：在当前k时刻获得系统采样信号，将负载电压v_os(k)与目标电压v_f(k)比较形成偏差信号Δv(k)输入外环无模型自适应控制器，内环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；计算得到电感电流参考值I_ref(k)和内环MLD模型更新完毕的模型状态x_m(k)；模型预测控制器根据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。本发明实现了具有感性负载特性的磁场电源的精确控制。与传统控制方法相比，系统参数与模型参数一致时提高了系统稳定性以及控制精度；当系统参数发生变化导致模型失配时，也可以通过内外环调节使系统稳定。

技术领域

本发明属于磁场电源控制方法技术领域，具体涉及直拉硅单晶生长系统中磁场电源的控制方法。

背景技术

在用于大尺寸电子级硅单晶的制备中，对单晶炉中的熔体施加外部磁场可以抑制熔体的内部对流。随着磁场强度的增加,洛伦兹力与熔体中热对流的相互作用逐渐减弱,当磁场强度大于某一数值时能有效地抑制热对流。但磁体产生的磁场对励磁电流十分敏感，即励磁电流的微小波动也会导致磁场强度产生较大变化，因此磁场电源对负载电流的精度以及稳定性有着很高的要求。传统磁场电源采用脉宽调制或移相调制，其控制器是模拟的，工作频率及效率较低，体积大。随着开关电源的发展，采用PWM控制技术使得高频开关方式的电能变换成为可能。目前开关电源的发展逐渐趋向高频小型化、高效率、高密度、数字化、标准化，并且数字化电路相对于传统模拟电路，其设计过程更加简单。一般的开关电源建模方法基于平均或近似的概念，简化了建模过程。但开关电源本质上是典型的强非线性系统，由于开关器件的开关过程，开关电源具有变结构的特点。一般的控制方法并不能体现系统状态的改变，并且忽略了系统的部分动态特性，所以这种方法并不适用于磁场电源建模上。

针对磁场电源的建模与控制问题，需要引入非线性控制方法。相对于已有的非线性控制方法，如滑模控制、模糊控制、预测控制等，混杂理论是一种较新的通用建模理论。该理论中定义的混杂系统是包含连续变量和离散事件的组合系统，两部分相互影响相互作用。所建立的模型将系统动态和离散事件结合在一起，并且模型中没有近似，不会忽略系统的动态特性，对于需要精确建模的对象有着很好的效果。而变换器的本质就是通过几个连续子系统之间的切换从而实现控制目标，同样也是同时连续变量和离散事件的系统。其中的连续变量系统为开关状态确定的单一工作模态，离散事件系统为开关开通关断的状态集合，因此电力电子变换器是一类典型的混杂系统。

发明内容

本发明的目的在于提供直拉硅单晶生长系统中磁场电源的控制方法，基于混杂理论提出了磁场电源的控制方法并用于直拉硅单晶生长系统中，解决了传统磁场电源控制方法控制精度低，应对负载突变能力差的问题。

本发明所采用的技术方案是，直拉硅单晶生长系统中磁场电源的控制方法，具体操作步骤如下：

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)；