基于調(diào)度與控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多晶硅熔煉裝置網(wǎng)絡(luò)化控制方法制造方法及圖紙

基于調(diào)度與控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多晶硅熔煉裝置網(wǎng)絡(luò)化控制方法，包括以下步驟：1)、根據(jù)實(shí)際工況對(duì)控制對(duì)象的模型進(jìn)行辨識(shí)得到對(duì)象模型參數(shù)；根據(jù)系統(tǒng)IAE性能指標(biāo)參數(shù)設(shè)置調(diào)度器閾值、調(diào)度策略、系統(tǒng)采樣周期、系統(tǒng)傳輸周期初始值，采樣序列和更新序列，系統(tǒng)模型為(1)；2)、根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量動(dòng)態(tài)重構(gòu)通信序列并在線解析計(jì)算控制器參數(shù)；3)、由D/A轉(zhuǎn)換后輸出至執(zhí)行器，由執(zhí)行器作用到被控對(duì)象,使被控對(duì)象運(yùn)行在給定的范圍內(nèi)。本發(fā)明專利技術(shù)可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的單一控制器，克服原有控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜并受通信序列傳輸周期約束問(wèn)題，避免多個(gè)控制器周期性切換，方便被工程技術(shù)人員掌握和推廣使用。本發(fā)明專利技術(shù)可有效改善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提高網(wǎng)絡(luò)利用率及系統(tǒng)的整體性能。

Network control method of polysilicon smelting device based on dynamic reconfiguration of scheduling and controller parameters

Control method of network scheduling and reconstruction of polysilicon melting device based on the dynamic parameters of the controller, which comprises the following steps: 1), according to the actual condition of the model of control object identification object model parameters according to the system performance index; IAE parameter setting threshold, scheduler scheduling strategy, system sampling period, transmission cycle sampling sequence and initial value. Update sequence, system model (1); 2), the controller parameter is calculated according to the current network service quality dynamic reconfiguration of communication sequence and online analysis; 3), the output from the D/A converted to the actuator by the actuator to the object, the object running in a given range. The invention can be a single controller parameter dynamic reconfiguration based on real-time network status, overcome the original complex structure and transmission controller by periodic communication sequence constraints, avoiding multiple periodic switching controller, be convenient for engineering technical personnel to master and use. The invention can effectively improve the network environment, improve the utilization rate of the network and the overall performance of the system.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于調(diào)度與控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多晶硅熔煉裝置網(wǎng)絡(luò)化控制方法
本專利技術(shù)屬于工業(yè)以太網(wǎng)控制
，涉及的是一種基于調(diào)度與控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多晶硅熔煉裝置網(wǎng)絡(luò)化控制方法。
技術(shù)介紹
無(wú)機(jī)材料的熔煉作為材料制備過(guò)程的重要工序之一,直接影響著材料的品質(zhì),多晶硅熔煉設(shè)備的無(wú)人監(jiān)控是現(xiàn)代硅材料制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵,關(guān)系著國(guó)家半導(dǎo)體行業(yè)現(xiàn)代化與國(guó)際化的進(jìn)程。多晶硅外觀、純度及間隙氧含量等很大一部分原因取決于熔煉過(guò)程好壞；同時(shí)，基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)化控制方法也是提高多晶硅材料質(zhì)量必不可少的要求。網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是一種全分布式、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)反饋控制系統(tǒng)，是指?jìng)鞲衅鳌⒖刂破骷皥?zhí)行器和通信網(wǎng)絡(luò)的集合，用通信網(wǎng)絡(luò)提供設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源共享和協(xié)調(diào)操作。目前，針對(duì)多變量通信受限的網(wǎng)絡(luò)控制器的設(shè)計(jì)方法普遍采用通信序列及混合邏輯動(dòng)態(tài)構(gòu)架的概念將原有網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成集調(diào)度和控制于一體的離散周期性時(shí)變切換系統(tǒng)，進(jìn)而設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器。這類設(shè)計(jì)方法普遍存在控制器的個(gè)數(shù)要受原有通信序列周期數(shù)的約束并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜；更進(jìn)一步，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的時(shí)候，往往需要多個(gè)控制器周期性頻繁切換才能確保控制系統(tǒng)的性能；另一方面，這類方法所用到的相關(guān)專業(yè)理論知識(shí)較多，不便于被工程技術(shù)人員掌握和推廣使用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服具有隨機(jī)短時(shí)延的多輸入/多輸出多晶硅熔煉裝置網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)中存在控制增益、通信序列無(wú)法動(dòng)態(tài)重構(gòu)的問(wèn)題，本專利技術(shù)提供可根據(jù)系統(tǒng)IAE性能指標(biāo)動(dòng)態(tài)地調(diào)整信息的傳輸方式，克服網(wǎng)絡(luò)傳輸調(diào)度受限于當(dāng)前傳輸網(wǎng)絡(luò)利用率的先驗(yàn)知識(shí)，無(wú)法自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化，無(wú)法保證整個(gè)閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)具有良好的抗干擾性和魯棒性，在惡劣情況下甚至?xí)鹂刂破魇В瑥亩沟谜麄€(gè)閉環(huán)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)達(dá)不到預(yù)先設(shè)計(jì)的控制性能問(wèn)題。同時(shí)，本專利技術(shù)可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的單一控制器，克服原有控制器結(jié)構(gòu)復(fù)雜并受通信序列傳輸周期約束問(wèn)題，避免多個(gè)控制器周期性切換，方便被工程技術(shù)人員掌握和推廣使用。本專利技術(shù)可有效改善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提高網(wǎng)絡(luò)利用率及系統(tǒng)的整體性能。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為：基于調(diào)度與控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多晶硅熔煉裝置網(wǎng)絡(luò)化控制方法，包括如下步驟：Step1、根據(jù)實(shí)際工況對(duì)多晶硅熔煉裝置進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)如式(1)：其中表示r維多晶硅熔煉裝置的狀態(tài)向量；表示m維多晶硅熔煉裝置的閥門開(kāi)度輸入向量，τk表示每個(gè)采樣周期內(nèi)的隨機(jī)有界網(wǎng)絡(luò)短時(shí)延，且滿足0≤τk≤eh(0＜e＜1)h為控制系統(tǒng)的采樣周期，表示q維的部擾動(dòng)信號(hào)，表示多晶硅熔煉裝置的被調(diào)輸出溫度、壓力和氧氣濃度信號(hào)向量，Ap,Bp,Cp是適當(dāng)維數(shù)的系統(tǒng)矩陣；Step2：設(shè)置控制系統(tǒng)的采樣周期h、調(diào)度周期步長(zhǎng)N、調(diào)度周期T，并滿足：T＝Nh；設(shè)置多晶硅熔煉裝置kT+αh時(shí)刻采樣序列的調(diào)度系數(shù)θi(kT+αh)閾值ηi和kT+βh時(shí)刻更新序列的調(diào)度系數(shù)δj(kT+βh)閾值并設(shè)置調(diào)度策略如式(2)所示：其中i∈(1,…,r),α∈(1,…,N)j∈(1,…,m),β∈(0,…,N-1)，IAE表示信號(hào)的絕對(duì)誤差性能。當(dāng)k＝1時(shí)，設(shè)置初始調(diào)度矩陣Λα＝I，Ξβ＝I，否則根據(jù)調(diào)度策略生成當(dāng)前調(diào)度周期T內(nèi)的采樣調(diào)度矩陣和更新調(diào)度矩陣其中為kT+αh時(shí)刻采樣序列調(diào)度系數(shù)組成的向量，為kT+βh時(shí)刻更新序列調(diào)度系數(shù)組成的向量；Step3:系統(tǒng)以調(diào)度周期T離散化，并根據(jù)step2的調(diào)度策略建立如下映射關(guān)系：其中為系統(tǒng)調(diào)度后控制器的輸入狀態(tài)向量，為經(jīng)系統(tǒng)調(diào)度后控制器的輸出向量；構(gòu)建系統(tǒng)增廣向量矩陣包括：狀態(tài)向量矩陣X(kT)，控制器輸出U(kT)、控制器的有效輸入執(zhí)行器的有效輸入被調(diào)輸出Z(kT)、外部擾動(dòng)信號(hào)W(kT)、采樣調(diào)度矩陣更新調(diào)度矩陣和并建立新的映射關(guān)系如下：其中：Step4:設(shè)置系統(tǒng)狀態(tài)反饋控制器重新構(gòu)造新的狀態(tài)向量M、N、L如下：L＝H1′并建立集調(diào)度與控制為一體的閉環(huán)系統(tǒng)模型(5)：其中：Kk為控制器參數(shù),τkd----表示第k個(gè)調(diào)度周期內(nèi)第d個(gè)采樣周期的時(shí)延,A、B0(τk)、B1(τk1)、H0、Ae、B0′(τk)、B1′(τk)、H0′、D0′(τk)、Ce′、D1′(τk)、H1′為中間計(jì)算變量；Step5：重新定義計(jì)算變量并在線求解以下的優(yōu)化問(wèn)題:minrX＞0利用上一步得到的可行解，可得狀態(tài)反饋控制器參數(shù)其中表示矩陣的偽逆；當(dāng)k＝k+1，重新回到Step3求解控制器參數(shù)；溫度控制信號(hào)由D/A轉(zhuǎn)換后輸出至電加熱裝置，壓力控制信號(hào)由D/A轉(zhuǎn)換后輸出至溢流閥，流量控制信號(hào)由D/A轉(zhuǎn)換后輸出至溢流節(jié)流閥，最后作用到多晶硅熔煉裝置,使多晶硅熔煉裝置的溫度、壓力和流量運(yùn)行在給定的范圍內(nèi)。本專利技術(shù)的有益效果主要表現(xiàn)在：?jiǎn)我豢刂破鳌⑾到y(tǒng)傳輸周期動(dòng)態(tài)重構(gòu)、控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。附圖說(shuō)明圖1是本專利技術(shù)給出的多晶硅熔煉裝置閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖圖2是本專利技術(shù)實(shí)際運(yùn)行時(shí)采用的結(jié)構(gòu)示意圖實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步描述。參照?qǐng)D1～圖2，一種基于調(diào)度與控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多晶硅熔煉裝置網(wǎng)絡(luò)化控制方法，本實(shí)施例多晶硅熔煉裝置溫度、壓力和氧氣濃度網(wǎng)絡(luò)化控制過(guò)程：第一步、在組態(tài)界面上設(shè)置模型辨識(shí)的相應(yīng)參數(shù)，確定多晶硅熔煉裝置的辨識(shí)模型如下：其中：x(t)是系統(tǒng)的狀態(tài)向量，u(t)＝[u1u2]T是控制輸入向量，u1代表罐內(nèi)蒸汽閥門開(kāi)度，u2代表冷凝水閥門開(kāi)度。z(t)＝[z1z2]T是被控輸出向量，z1代表罐內(nèi)溫度，z2代表罐內(nèi)壓力。w(t)是外部擾動(dòng)向量。由工控機(jī)將對(duì)象模型辨識(shí)參數(shù)等數(shù)據(jù)送到存儲(chǔ)單元RAM中；并在組態(tài)界面上設(shè)置系統(tǒng)為“離線”調(diào)節(jié)狀態(tài)。按照附圖2所示的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)圖組建一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)。第二步：在組態(tài)界面上設(shè)置系統(tǒng)采樣周期h＝1s，調(diào)度周期的步長(zhǎng)N＝2，IAE控制性能指標(biāo)的閾值分別為η1＝0.01，η2＝0.05，第三步：在組態(tài)界面上點(diǎn)擊“運(yùn)行”鍵，在線計(jì)算調(diào)度的通信序列、控制器參數(shù)。第四步：對(duì)u(k)進(jìn)行限幅，防止積分飽和，然后由D/A轉(zhuǎn)換后輸出至執(zhí)行器，由執(zhí)行器作用到被控對(duì)象,使被控對(duì)象運(yùn)行在給定的范圍內(nèi)；此時(shí)組態(tài)界面上顯示的是在線情況下的系統(tǒng)閉環(huán)響應(yīng)曲線，觀察曲線進(jìn)行在線微調(diào)。第五步：在組態(tài)界面上設(shè)置系統(tǒng)為“在線”調(diào)節(jié)狀態(tài)，啟動(dòng)控制系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)，重新執(zhí)行“在線控制程序”得到當(dāng)前時(shí)刻的控制量。以上闡述的是本專利技術(shù)給出的一個(gè)實(shí)施例表現(xiàn)出的優(yōu)良優(yōu)化效果，顯然本專利技術(shù)不只是限于上述實(shí)施例，在不偏離本專利技術(shù)基本精神及不超出本專利技術(shù)實(shí)質(zhì)內(nèi)容所涉及范圍的前提下對(duì)其可作種種變形加以實(shí)施。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
基于調(diào)度與控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多晶硅熔煉裝置網(wǎng)絡(luò)化控制方法，包括以下步驟：Step?1、根據(jù)實(shí)際工況對(duì)多晶硅熔煉裝置進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)如式(1)：

【技術(shù)特征摘要】
1.基于調(diào)度與控制器參數(shù)動(dòng)態(tài)重構(gòu)的多晶硅熔煉裝置網(wǎng)絡(luò)化控制方法，包括以下步驟：Step1、根據(jù)實(shí)際工況對(duì)多晶硅熔煉裝置進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)和參數(shù)估計(jì)如式(1)：其中表示r維多晶硅熔煉裝置的狀態(tài)向量；表示m維多晶硅熔煉裝置的閥門開(kāi)度輸入向量，τk表示每個(gè)采樣周期內(nèi)的隨機(jī)有界網(wǎng)絡(luò)短時(shí)延，且滿足0≤τk≤eh(0＜e＜1)h為控制系統(tǒng)的采樣周期，表示q維的部擾動(dòng)信號(hào)，表示多晶硅熔煉裝置的被調(diào)輸出溫度、壓力、流量信號(hào)向量，Ap,Bp,Cp是適當(dāng)維數(shù)的系統(tǒng)矩陣，Rx(r,m,q,n∈x)表示x維的實(shí)數(shù)集；Step2：設(shè)置控制系統(tǒng)的采樣周期h、調(diào)度周期步長(zhǎng)N、調(diào)度周期T，并滿足：T＝Nh；設(shè)置多晶硅熔煉裝置kT+αh時(shí)刻采樣序列的調(diào)度系數(shù)θi(kT+αh)閾值ηi和kT+βh時(shí)刻更新序列的調(diào)度系數(shù)δj(kT+βh)閾值并設(shè)置調(diào)度策略如式(2)所示：其中i∈(1,…,r),α∈(1,…,N)j∈(1,…,m),β∈(0,…,N-1)，IAE表示信號(hào)的絕對(duì)誤差性能。當(dāng)k＝1時(shí)，設(shè)置初始調(diào)度矩陣Λα＝I，Ξβ＝I，否則根據(jù)調(diào)度策略生成當(dāng)前調(diào)度周期T內(nèi)的采樣調(diào)度矩陣和更新調(diào)度矩陣其中為kT+αh時(shí)刻采樣序列調(diào)度系數(shù)組成的向量，為kT+βh時(shí)刻更新序列調(diào)度系數(shù)組成的向量；Step3:系統(tǒng)以調(diào)度周期T離散化，并根據(jù)step2的調(diào)度策略建立如下映射關(guān)系：其中為系統(tǒng)調(diào)度后控制器的輸入狀態(tài)向量，為經(jīng)系統(tǒng)調(diào)度后控制器的輸出向量；構(gòu)建系統(tǒng)增廣向量矩陣包括：狀態(tài)向量矩陣X(kT)，控制器輸出U(kT)、控制器的有效輸入執(zhí)行器的有效輸入被調(diào)輸出Z(kT)、外部擾動(dòng)信號(hào)W(kT)、采樣調(diào)度矩陣更新調(diào)度矩陣和并建立新的映射關(guān)系如下：其中：

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邵奇可，方飛，何正強(qiáng)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：浙江工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：浙江,33