交流伺服电机的多波形旋转控制系统研究

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摘要：为探索大直径单晶体生长系统的最佳旋转波形和控制参数．研制开发了晶体坩埚多波形旋转控制系统。主要部件采用
5 y3 k& t; d; v2 f  m- t. Y嵌入式单片机、交流伺服电机及D／A转换器等。提出了一种用D／A转换器实现交流伺服电机高精度调速的优化算法，提高
, |) m2 x# b6 `9 z! U& w9 ]了控制精度。简化了编程方案。试验证明该系统性能可靠，工作稳定。现已正式投入使用。
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1引言
0 p) s! F! ?. Z$ ~5 F# U随着微电子的不断发展，大体积高质量单晶体材料的优越
性能愈来愈受到人们的晴来。尤其国防高科技装备。但大体积高
6 w# \; E2 {# q( V& z2 b质量单晶体材料的生产却是一个技术难题。理论研究发现，影响
+ W. N) ^' ^. y! n单晶体生长的主要因素是热质对流。寻找最有控制规律。严格控
/ ~' g5 v# q4 {. N5 f制热质对流，在单晶体生长过程中就显得尤为重要。为获得高质
量的单晶体，除了按晶体生长要求提供合适的温度场外，通常采
用坩埚加速旋转技术来产生热质对流，以改变晶体生长界面前
' N( C+ r0 R$ T沿热量和质量传输条件，其工作示意图如图1所示。

/ K, M$ ~/ D2 t# B3 f% i! x7 p2 n理论和实验研究表明，合适的坩埚旋转方式能较好地控制
, d6 X; j2 H$ n. J晶体生长界面的形状。增强界面的稳定性．减小溶质边界层的
: i* N: K( A5 e' G% E厚度，加快液相传质。允许晶体以较高的速度稳定生长。为了寻
求晶体生长最理想的旋转方式，基于交流伺服电机实现的多波
+ \- j. C& S5 E& k6 @, @形旋转控制系统应运而生。它能够使交流伺服电机产生梯形
, p7 O5 `( P" s- v& j波，正弦波，三角波和矩形波等多种形式的旋转。从而使坩埚在
做缓慢平稳下移的同时，也做相应的旋转运动。它在一个周期
1 w; P/ w2 V- D% c
图2坩埚旋转控制规律图
为了进一步探索晶体生长质量与旋转波型的关系，寻求单晶
% m7 H5 E* u. t1 g/ \# _$ N; I体生长的最佳旋转波形和参数。根据旋转规律和流体稳定性理论
要求，设计正、反转最大转速nt,112在l—600转份范围内可任意
可调。升降速时间Tl可在l—100秒内任意可调。匀速运行时间
T2、T3可在肚_200秒内任意调节。正弦波的半周期T可在5-200
) V9 A& ~. \$ z秒内可调。除此之外，还要求在T1段上的速度变化为线性。
2硬件电路设计
2．1伺服电机的选择
- U" S, C2 q2 g4 h$ t伺服电机有直流和交流之分。目前松下交流伺服电机系统
8 u9 g* f  K, a3 ~* b# i5 e性价比较高。它有交流伺服驱动器和交流伺服电动机两部分组
成，内设速度反馈和位置反馈。具有控制精度高，性能稳定，成本
8 Y* Y, U  Z: G' W3 \! k较低，调试维修方便等优点。它有三种控制方式：位置控制。速度
, `6 z  x% C: _  ]8 b# f1 D控制，转矩控制。由于本课题要求实现速度控制，故选择用速度

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埋头拉线ing

伺服电机有直流和交流两种