大面积石墨烯CVD生长设备控制系统的研发

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正是由于石墨烯所具有的独特结构和优异性能,因此石墨烯在物理、化学和材料等领域有着非常广阔的应用前景。用CVD(化学气相沉积)法可以制备高质量、大面积的石墨烯,该方法目前得到广泛应用。石墨烯CVD压力控制系统具有“非线性”、“参数时变性”、“滞后”等特点,而气体压力直接决定了石墨烯的生长质量,为了获得高质量的石墨烯,有效地控制好气体压力,对压力控制算法的研究显得尤为重要。本论文首先分析了石墨烯CVD控制系统的结构及原理,确定了系统的硬件组成,并利用WinCCV6.0组态软件以及Step7编程软件分别设计了系统的上位机监控界面和PLC系统控制程序,完成了系统的软硬件设计。然后采用系统辨识方法建立了石墨烯CVD气体压力控制系统的数学模型。针对该数学模型,研究了常规PID控制算法、模糊PID控制算法和专家PID控制算法,并将常规PID控制算法通过WinCC的脚本程序应用到实际压力控制系统,实现了对石墨烯真空反应室内压力的精确控制;本论文进一步研究讨论了模糊控制方法对气体压力的控制效果,利用MATLAB中的SIMULINK仿真软件搭建了仿真系统,并对仿真结果进行比较分析,结果表明模糊PID控制方法能够实现系统的稳定控制,控制效果比较理想;最后讨论分析了专家PID控制方法在该压力系统中的可行性。
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