Введение
1. Обзор литературы 11
1.1. Методы выращивания кристаллов 11
1.2. Системы автоматического управления ростом кристаллов для метода Чохральского 20
1.3. Системы автоматического управления ростом кристаллов для метода Степанова 24
1.4. Основные понятия об адаптивных системах автоматического управления и перспектива их применения для управления процессами роста кристаллов 33
2. Исследование объекта управления и проектирование адаптивной системы управления 38
2.1. Расчёт опорного сигнала при выращивании кристалла заданной формы методом Чохральского 39
2.2. Расчёт опорного сигнала при выращивании кристаллов сапфира методом Степанова 44
2.3. Исследование динамических характеристик объекта управления при выращивании кристаллов методами Степанова и Чохральского 45
2.3.1. Методика эксперимента 45
2.3.2. Результаты эксперимента для метода Чохральского 49
2.3.3. Результаты эксперимента для метода Степанова 51
2.4. Схема адаптивного регулятора для процессов выращивания кристаллов из расплава методами Степанова и Чохральского 60
2.4.1. Работа регулятора при управлении процессом выращивания кристаллов методом Чохральского 61
2.4.2 Работа регулятора при управлении процессом выращивания кристаллов методом Степанова 67
2.5. Выводы 69
3. Исследование шумов в канале датчика веса и выбор метода цифровой фильтрации 71
3.1. Методика анализа шума в канале датчика веса 71
3.2. Результаты анализа шума в канале датчика веса 73
3.3. Диагностика состояния ростовой установки в режиме реального времени по спектральному анализу шумов сигнала датчика веса 76
3.4. Выбор цифрового фильтра 77
3.5 Структура цифровой фильтрации в управляющей программе 79
3.6. Выводы 80
4. Математическое моделирование распределения примеси в мениске расплава при росте профиллированных кристаллов сапфира 82
4.1 Постановка задачи 83
4.2 Результаты расчётов 88
4.3 Выводы 93
5. Программно-технический комплекс (ПТК) для выращивания кристаллов из расплава 95
5.1. Структура ПТК. Технические средства и программное обеспечение 95
5.1.1. Аппаратная часть 95
5.1.2. Программная часть 98
5.2 Алгоритмы автоматизации технологических режимов для метода Степанова 98
5.2.1. Режимы "нагрев" и "охлаждение" 100
5.2.2. Режим "поднятие тигля" 101
5.2.3. Режим "затравливание" для метода Степанова при выращивании кристаллов из смачиваемых расплавом формообразователей 101
5.2.4. Режим "разращивание и вытягивание" для метода Степанова 108
5.2.5. Режим "отрыв" для выращивания кристаллов методом Степанова 110
5.3. Алгоритмы автоматизации технологических режимов для метода Чохральского ПО
5.4 Управление профилем кристалла при выращивании сапфировых полусфер методом локального динамического формообразования 112
5.4.1 Типы формообразователей 112
5.4.2 Алгоритм управления выращивания тел вращения 118
5.5. Выводы 120
6. Результаты лабораторных и производственных испытаний адаптивной системы управления 122
6.1. Выращивание кристаллов алюмоиттриевого граната методом Чохральского в автоматическом режиме с применением адаптивного управления 122
6.2. Выращивание кристаллов методом Степанова в автоматическом режиме с применением адаптивного управления 125
6.2.1. Апробация адаптивной системы автоматического управления 125
6.2.2. Сквозная автоматизация процесса группового роста сапфировых стержней 129
6.2.3. Сквозная автоматизация процесса роста сапфировых лент толщиной 2.3- 2.5 мм и шириной 34-37 мм в пакете из 10 штук 132
6.2.4. Сквозная автоматизация процессов роста кристаллов на 4 установках одновременно при их обслуживании одним оператором 133
6.3 Выращивание сапфировых полусфер методом локального динамического формообразования в автоматическом режиме управления 135
6.4. Выводы 137
Основные результаты работы 139
