微納米測(cè)量環(huán)境控制機(jī)理及系統(tǒng)研究.pdf

1、在微納米測(cè)量和控制領(lǐng)域里，都需要高精度的恒溫、恒濕、潔凈抗振的環(huán)境空間，對(duì)環(huán)境的精密控制是實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的基礎(chǔ)，世界上許多研究機(jī)構(gòu)非常重視對(duì)微納米測(cè)量環(huán)境的研究。目前，一般將微納米測(cè)量等高精密儀器設(shè)備放置在恒溫恒濕潔凈室里，人員的活動(dòng)也在其中，而真正需要高精密環(huán)境的只是測(cè)量?jī)x器本身，因此研究小型的高精密的恒溫、恒室、潔凈抗振的微納米測(cè)控設(shè)備工作環(huán)境具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 本文主要研究微納米測(cè)量環(huán)境控制機(jī)理和保障系統(tǒng)的

2、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并建立一個(gè)高精密恒溫恒濕抗振潔凈的環(huán)境空間，以保證微納米測(cè)量設(shè)備的正常工作。本研究的預(yù)期目標(biāo)為：溫度控制20℃±0.05℃，相對(duì)濕度50％±2％RH，振動(dòng)小于10μm/s，潔凈度為1000～10000級(jí)。 圍繞上述目標(biāo)，論文的主要工作和取得的成果如下： (1)高精密溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)研究 為實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量環(huán)境溫度的高精密控制，達(dá)到波動(dòng)度小于±0.05℃的指標(biāo)，本文著重研究了采用半導(dǎo)體制冷技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)溫度

3、的控制機(jī)理和高精度溫度閉環(huán)控制技術(shù)。本文主要以PID控制算法為研究對(duì)象，探討了多種PID控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)和性能，并將模糊推理引入到PID控制策略中，完成了基于模糊推理的自整定PID控制策略的研究。文中利用Matlab對(duì)不同的控制算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)證明模糊自整定PID控制算法的控制效果能滿足系統(tǒng)溫度控制的指標(biāo)要求。 (2)恒溫腔氣流的組織和環(huán)境控制箱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究 由于恒溫腔氣流的組織對(duì)溫度場(chǎng)的均勻性具有至關(guān)重要的作

4、用。因此，本文通過(guò)對(duì)環(huán)境控制箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化和氣流組織形態(tài)的深入研究，采用數(shù)值分析方法和CFD軟件模擬恒溫恒濕恒溫腔內(nèi)氣流組織，設(shè)計(jì)出合理的三腔組合式的箱體結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的三箱分離式的箱體結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)恒溫腔的恒溫氣流進(jìn)行有效的組織以盡快達(dá)到溫度的動(dòng)態(tài)平衡外，還可以將恒溫腔內(nèi)的局部熱源進(jìn)行隔離，達(dá)到溫度場(chǎng)的均勻化，以滿足溫度控制精度要求及均勻性指標(biāo)。 (3)測(cè)量環(huán)境的抗振和隔振研究 為消除環(huán)境振動(dòng)對(duì)高精度的微納米測(cè)量的影響，

5、本文對(duì)振動(dòng)隔離的機(jī)理進(jìn)行了研究，提出了一套針對(duì)微納米測(cè)量的振動(dòng)隔離方案，設(shè)計(jì)了一套兩級(jí)被動(dòng)隔振系統(tǒng)，并對(duì)被動(dòng)隔振系統(tǒng)的隔振性能進(jìn)行了實(shí)際的測(cè)試與分析，基本達(dá)到了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。 (4)控制方法和集成控制系統(tǒng)的研究 本文研究開(kāi)發(fā)了基于PC的多功能的集成控制系統(tǒng)。利用TEC(半導(dǎo)體制冷芯片)、程控電源、精密溫度測(cè)量系統(tǒng)等組建了溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)，利用系統(tǒng)辨識(shí)理論以及MATLAB中的系統(tǒng)辨識(shí)工具確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，使用各種控制