ArF准分子激光器温度控制系统设计与实现

论文摘要

ArF准分子激光器被广泛应用于科研、医疗和工业领域,其激光性能与放电腔温度密切相关。为了实现温度控制的高精度和高稳定性,本文重点研究温度控制系统的结构及其算法,设计了一套温度控制系统。本文的主要研究工作和结论如下:根据ArF准分子激光器应用场景提出了温度控制系统需求,设计了三种温度控制方案。从控制精度、经济性、集成度和人机交互性四个方面对比了三种方案的优缺点,最终采用通过工控机控制比例阀调节流量以实现温度控制需求的方案。从结构、电气和软件三个方面对温度控制系统进行详细设计,建立配水单元三维模型,设计电气原理图,编写温度控制软件。由于供水系统的压力存在波动,需要抑制其压力波动对温度控制精度的干扰。基于单回路PID控制,设计了串级PID控制,从理论上证明了供水压力波动干扰时,串级控制较单回路控制抗干扰能力强的结论。设计了单回路温度控制PID、串级控制中的主PID和副PID三个增量式PID控制器。辨识了比例阀的传递函数,整定流量控制PID参数,并使用Simulink进行了流量控制仿真。为了避免流量控制出现积分饱和问题,设计了积分分离和幅值限定两种抗积分饱和方法。最后,搭建温度控制实验平台,验证温度控制系统的精度与稳定性。流量控制实验表明,流量控制满足±0.1L/min精度要求。温度控制实验表明,温度控制系统能够满足需求指标:45±0.1℃。单回路PID温度控制和串级PID温度控制对比实验表明,供水压力波动干扰时,串级控制较单回路控制抗干扰能力强。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题来源、研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 温度控制算法概述

1.4 本文主要工作和内容

2 温度控制系统需求分析及方案设计

2.1 温度控制系统需求分析

2.2 温度控制系统方案设计

2.3 温度控制系统集成方案

2.4 本章小结

3 温度控制系统建模、控制器设计及辨识

3.1 温度控制模型

3.2 供水压力波动干扰作用下的传递函数

3.3 控制器设计

3.4 比例阀辨识

3.5 本章小结

4 温度控制系统详细设计

4.1 温度控制系统结构设计

4.2 温度控制系统电气设计

4.3 温度控制系统软件设计

4.4 本章小结

5 温度控制算法实验验证

5.1 温度控制实验平台搭建

5.2 流量控制实验研究

5.3 温度控制实验研究

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孙龙威

导师: 李小平

关键词: 激光器,温度控制,串级控制,抗积分饱和

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学,自动化技术

单位: 华中科技大学

基金: 国家科技重大专项极大规模集成电路制造装备及成套工艺子课题“放电动力学特性与光路净化保护研究”(编号:2013ZX02202-007)

分类号: TP273;TN248

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.002004

总页数: 86

文件大小: 2445K

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