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WILKERSON威爾克森模糊溫控器
設(shè)備上的加熱裝置結(jié)構(gòu)特殊，加熱機(jī)理復(fù)雜，使得加熱系統(tǒng)具有大時滯、非線性，并難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。使用傳統(tǒng)的PID溫度控制策略經(jīng)常會產(chǎn)生過沖現(xiàn)象，難以取得理想效果。而模糊控制算法無須精確建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，對被控對象的時滯和時變性具有一定的適應(yīng)能力，超調(diào)小，魯棒性好。

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本文在傳統(tǒng)的PID溫控方式的基礎(chǔ)上，提出一種適合MOCVD設(shè)備電爐的帶修正因子的自適應(yīng)模糊溫度控制方案。研究了模糊控制理論以及模糊推理算法的原理，確定了模糊溫度控制器的框架結(jié)構(gòu)和控制流程。通過分析溫度偏差和偏差變化率這兩個輸入變量的變化對電爐加熱溫度的影響，建立模糊控制規(guī)則表，并根據(jù)模糊控制查詢表完成整個模糊溫度控制方案的仿真和現(xiàn)場調(diào)試，為進(jìn)一步改進(jìn)MOCVD的溫度控制系統(tǒng)提供了依據(jù)。本論文主要的工作思路是：針對MOCVD電加熱器的基本結(jié)構(gòu)和模型特征，結(jié)合加熱器對溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計需求，以及現(xiàn)場所具備的實驗環(huán)境和調(diào)試條件，提出模糊溫度控制方案的設(shè)計框架和總體思路。對PID算法和模糊算法分別進(jìn)行原理研究，仿真分析，對兩者的控制性能進(jìn)行比較，確定模糊控制算法在遲滯系統(tǒng)下的*性。并通過分析隸屬度函數(shù)、語言變量、規(guī)則確定、推理算法等因素對模糊控制性能的影響，提出適合電爐溫控的帶修正因子的自調(diào)整模糊控制方案，對此方案進(jìn)行simulink仿真與結(jié)果分析。借助MATLAB工具，以MOCVD設(shè)備上的電爐為模型，通過一定的經(jīng)驗調(diào)試和試湊法，離線生成其模糊控制的規(guī)則表和查詢表；在PLC上調(diào)用生成的模糊控制查詢表，并編寫電爐溫控系統(tǒng)的程序，程序分模塊包括：溫度信號采集程序、輸入量模糊化算法程序、兩個模糊控制器控制查詢表程序以及控制信號輸出程序；利用西門子PLCSIM軟件，對編寫的模糊溫度控制的程序進(jìn)行進(jìn)行分步和整體仿真。將程序下載到設(shè)備上進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，主要測試溫度點(diǎn)在20℃，50℃和90℃，將測試結(jié)果與PID控制時的測試結(jié)果進(jìn)行比較與分析。觸頭閉合時的彈跳是引起溫控器失效的主要原因，觸頭的彈跳過程與片彈簧的預(yù)壓力和剛度等參數(shù)有關(guān)。本文利用幾何非線性有限單元法對溫控器用片彈簧參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值計算，并通過與實際測試結(jié)果的對比，驗證了基于幾何非線性有限單元法求解的可行性和正確性。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用MATLAB優(yōu)化工具，對片彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。zui后利用ADAMS軟件對溫控器進(jìn)行觸頭彈跳仿真分析，結(jié)果表明：基于幾何非線性有限單元法優(yōu)化設(shè)計的片彈簧能有效抑制動觸頭的彈跳。

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結(jié)果顯示，90℃用戶期望值時，本實驗所設(shè)計的模糊溫度控制器在控溫階段的上升時間為7分鐘，穩(wěn)定時間為8分鐘，超調(diào)百分比為-1.2%,相對于PID控制時的2.9%要小，說明模糊溫度控制器在遲滯系統(tǒng)中比PID控制器過沖小，穩(wěn)定性更高。表明本文中所采用的針對電加熱器的模糊溫度控制策略，具有一定的控制精度，可靠性能和穩(wěn)定性，有代替PID溫控制儀表進(jìn)行控溫的可能性。