系統(tǒng)辨識(shí)內(nèi)容與要求.doc

1、系統(tǒng)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與要求實(shí)驗(yàn)題目：三溫區(qū)空間晶體生長(zhǎng)爐溫度系統(tǒng)建模實(shí)驗(yàn)對(duì)象： 三溫區(qū)空間晶體生長(zhǎng)爐單晶體是現(xiàn)代電子設(shè)備制造技術(shù)的一個(gè)必不可少的部分，它應(yīng)用廣泛，如二極管、三極管等半導(dǎo)體器件都需要用到單晶體。 組分均勻（ compositional uniformity ）、結(jié)晶完整（ crystallographic perfection ）的高質(zhì)量晶體材料是保證電子設(shè)備性能重要因素。目前，單晶體制備主要靠晶體生長(zhǎng)技術(shù)完成。其主要過(guò)程是：首先在坩堝等加熱器皿中對(duì)籽晶進(jìn)行加熱，使其由固相轉(zhuǎn)變?yōu)橐合嗷驓庀?，再降低器皿中溫度，使液相或氣相的籽晶材料冷卻結(jié)晶，就可得到最終的單晶體。 這個(gè)過(guò)程中， 為保證

2、晶體的組分均勻和結(jié)晶完整， 必須使晶體內(nèi)部各晶格的受力均勻。 因此，為減小重力對(duì)晶體生長(zhǎng)的影響，研究者提出在空間微重力環(huán)境下進(jìn)行晶體生長(zhǎng)的方案。我們研究的空間晶體生長(zhǎng)爐就是該方案中的晶體加熱設(shè)備。我們研究的空間晶體生長(zhǎng)爐采用熔體Bridgman 生長(zhǎng)方式，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。爐身由三部分構(gòu)成：外筒、爐管以及爐管外部的隔熱層。爐管由多個(gè)加熱單元組成，每個(gè)加熱單元組成一個(gè)溫區(qū)。加熱單元由導(dǎo)熱性能良好的陶瓷材料制成，兩個(gè)加熱單元之間有隔熱單元隔開(kāi)。加熱單元的外測(cè)均勻纏繞加熱電阻絲，內(nèi)側(cè)中間部位安裝有測(cè)溫?zé)犭娕?。爐管外部的隔熱層由防輻射絕熱材料制成。微重力環(huán)境下，晶體內(nèi)部各晶格之間的熱應(yīng)力是影響晶體生

3、長(zhǎng)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，而熱應(yīng)力是由爐內(nèi)溫場(chǎng)決定的。因此，必須對(duì)晶體爐內(nèi)各溫區(qū)的溫度進(jìn)行控制，以構(gòu)造一個(gè)具有一定的梯度的、滿(mǎn)足晶體生長(zhǎng)需要的溫場(chǎng)。工作時(shí)，將裝有籽晶的安瓿管按一定的速度插入晶體爐爐膛內(nèi)，通過(guò)控制流過(guò)各溫區(qū)加熱電阻絲的電流控制爐內(nèi)溫場(chǎng)，通過(guò)熱電偶在線(xiàn)獲取各溫區(qū)的實(shí)時(shí)溫度值，進(jìn)行閉環(huán)控制， 。其中，流過(guò)電阻絲的電流通過(guò) PWM（脈寬調(diào)制）方式進(jìn)行控制。另外，由于晶體爐工作溫度的變化范圍比較大，傳感器熱電偶難以在全量程范圍內(nèi)保持很高的線(xiàn)性度，因此，使用的熱電偶的電壓讀數(shù)與實(shí)際溫度值間需要進(jìn)行查表變換。本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是運(yùn)用系統(tǒng)辨識(shí)的方法建立晶體爐中某個(gè)溫區(qū)的動(dòng)力學(xué)模型，辨識(shí)數(shù)據(jù)已給出，見(jiàn) SI_

4、Data.xls 文件。電阻絲外筒爐管絕熱材料熱電耦圖 1 三溫區(qū)空間晶體生長(zhǎng)爐的結(jié)構(gòu)圖實(shí)驗(yàn)步驟：a) 試驗(yàn)設(shè)計(jì)輸入信號(hào)采用方波信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，如下圖所示：脈寬（ %）N+5%N%N%N-5%Ts（/4s）首先選擇系統(tǒng)的工作點(diǎn)，然后控制系統(tǒng)的輸入使系統(tǒng)到達(dá)工作點(diǎn)并處于穩(wěn)態(tài)，記錄此時(shí)的輸入脈寬為 N%，然后按上圖所示的脈寬變化方法來(lái)激勵(lì)系統(tǒng)，每次都要等系統(tǒng)過(guò)渡過(guò)程結(jié)束進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后再改變脈寬。b)數(shù)據(jù)預(yù)處理（實(shí)測(cè)原始數(shù)據(jù)見(jiàn)文件SI_Data.xls，第一列為系統(tǒng)的輸出值，單位毫伏（MV），第二列為系統(tǒng)的輸入值，單位百分比（%），采樣周期為1 秒）通常，通過(guò)辨識(shí)實(shí)驗(yàn)收集的數(shù)據(jù)是不能直接用于辨識(shí)算法

5、中的，這些數(shù)據(jù)中可能存在以下幾種缺陷：噪聲野點(diǎn)需要進(jìn)行的數(shù)據(jù)預(yù)處理方法：野點(diǎn)剔除數(shù)據(jù)歸一化低通濾波c) 模型階次 / 結(jié)構(gòu)選擇：參數(shù)模型以及非參數(shù)模型，階次以及純時(shí)延的選擇d) 參數(shù)估計(jì)：最好不要用 matlab 提供的函數(shù) , 自己根據(jù)教材中相應(yīng)算法的描述來(lái)寫(xiě)辨識(shí)代碼，但可以用 Matlab 提供的函數(shù)來(lái)粗略估計(jì)系統(tǒng)的參數(shù)e) 模型校驗(yàn)在校驗(yàn)過(guò)程中，最好使用在模型估計(jì)中沒(méi)有用到的數(shù)據(jù)序列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：要求使用的辨識(shí)算法：批量最小二乘估計(jì)算法遞推最小二乘估計(jì)算法漸消記憶遞推最小二乘估計(jì)算法增廣最小二乘法漸消記憶遞推增廣最小二乘估計(jì)算法廣義最小二乘法（選做 ）相關(guān)辨識(shí)法 ( 選做 )報(bào)告要求：1. 選擇的系統(tǒng)模型類(lèi)2. 辨識(shí)