【摘 要】
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在经济蓬勃发展的今天,能源的需求量日益增多,太阳能作为一种可再生的清洁能源,需求量日渐增大,而其中关键组成部分选择性吸收涂层及工件涂层需要大批量生产,用到的各种化合物薄膜越来越多,因此对制备薄膜技术的要求较为严格。制备薄膜的关键技术是反应磁控溅射,研究制备的薄膜为应用广泛且具有一定代表性的氮化铬薄膜。薄膜的性能与制备过程中的工艺参数有着密不可分的关系,但在制备薄膜时,往往会因为各种工艺参数的波动对
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在经济蓬勃发展的今天,能源的需求量日益增多,太阳能作为一种可再生的清洁能源,需求量日渐增大,而其中关键组成部分选择性吸收涂层及工件涂层需要大批量生产,用到的各种化合物薄膜越来越多,因此对制备薄膜技术的要求较为严格。制备薄膜的关键技术是反应磁控溅射,研究制备的薄膜为应用广泛且具有一定代表性的氮化铬薄膜。薄膜的性能与制备过程中的工艺参数有着密不可分的关系,但在制备薄膜时,往往会因为各种工艺参数的波动对薄膜的沉积造成不可逆的影响,会严重影响成膜的性能。因此研究氮化铬薄膜制备工艺的稳定控制对薄膜的生产、太阳能转化率的提升有很大的意义。研究的主要内容如下:（1）研究从氮化铬薄膜制备工艺的原理及流程开始,使用非平衡磁控溅射制备氮化铬薄膜,在沉积制备的过程中一些工艺参数对薄膜的性能起到重要作用,其中氮气流量和电流对氮化铬薄膜的各项性能有较大影响,其稳定控制对氮化铬薄膜制备工艺有着关键的作用。在制备氮化铬薄膜时,会出现迟滞现象,使得对快速反馈控制的要求较高。（2）在控制策略方面,结合氮气气体流量、靶电流和靶电压控制变量的特性,选择了靶电压控制法。在闭环情况下可以通过靶电压的控制来反映沉积薄膜的工作状态,研究发现为了得到性能良好的氮化铬薄膜,要把溅射状态设置到靶电压在过渡区内一个稳态工作点上,靶电压的稳定控制使用了模型预测控制来。然后对控制的变量进行模型的构建。对建立数学模型的方法进行分析研究,根据具体的实验情况选用了较为方便且符合实际的系统辨识法。通过制备氮化铬的实验收集到氮气流量、靶电流和靶电压的实验数据,在Matlab中使用系统辨识工具箱通过输入输出数据辨识出被控对象的数学模型,最后验证数学模型的准确性。（3）使用模型预测控制进行仿真研究。根据靶电压作为输出进行反馈控制,输入从单输入的氮气流量到进一步增加电流的多输入进行仿真。在单输入单输出系统中,设定典型工作点,进行状态空间模型预测控制与PID控制进行对比研究,分别在未加入干扰、加入扰动和期望值发生变化时观测模型预测控制与PID的控制效果。在多输入单输入系统中,进行在未加入扰动和加入扰动情况下的模型预测控制仿真。仿真结果表明模型预测控制有着更好的抗干扰能力、跟踪性能和鲁棒性能,控制效果较好。
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