晶体提拉系统的动态性能分析

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在蓝宝石晶体生长过程中,影响晶体品质好坏的因素主要有:温场、热场及其晶体提拉系统的进给速度,其中,提拉系统的进给速度尤为重要。由于提拉进给速度非常的慢,属于超低速范畴,爬行现象不可避免。而想要生长出高品质、高质量的蓝宝石晶体需要有非常匀速的进给速度,因此,研究晶体提拉系统的动态性能中的爬行现象,找出减小系统爬行现象的具体措施对蓝宝石晶体生长有着举足轻重的作用。  本文以蓝宝石晶体炉的提拉进给系统作为研究对象。首先介绍了几种常见的摩擦模型及其摩擦补偿的方法,为进一步研究晶体炉提拉进给系统提供理论基础。之后建立体晶体提拉系统的爬行模型,求出系统爬行时候的临界速度表达式,为后续分析各个因素对爬行现象的影响做理论支持。  然后基于PROE建立起晶体提拉系统的三维模型,采用ADAMS仿真分析,改变系统各个参数值的大小,探讨了系统中各个参数(系统进给速度、刚度、阻尼、悬臂梁的质量及其动静摩擦系数之差)对爬行现象的影响。  下来对晶体提拉系统进行等效简化,建立起系统的数学模型,采用 Matlab/Simulink软件搭建好系统的仿真模型,改变各个参数值,验证各个参数对爬行的影响。  最后分别从机械角度和控制角度提出减小系统的爬行现象的具体措施。机械方面减小系统动静摩擦系数之差、减小悬臂梁的质量都是有效可行的方法。伺服控制方面,采用基于PID摩擦补偿和基于固定参数LUGRE摩擦模型补偿的方法来改善系统的爬行现象。
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