[发明专利]一种基于优化PID算法的蒸发镀膜设备衬底温度控制方法

说明书

本发明公开了一种基于优化PID算法的蒸发镀膜设备衬底温度控制方法，将群体优化算法与传统PID控制算法相结合，通过群体中个体之间的协作与信息共享最终得到最优解，实现对PID算法的优化，将传统PID算法中的ksubgt;p/subgt;、ksubgt;i/subgt;、ksubgt;d/subgt;三个参数作为粒子的解，通过粒子群算法进行迭代寻优，并引入线性递减权值策略从而提升收敛速度，实现参数自整定，最后将参数赋予PID控制系统中，降低系统超调量，减少稳态误差，使温度控制更加快速精准。

技术领域

本发明涉及控制技术技术领域，具体为一种基于优化PID算法的蒸发镀膜设备衬底温度控制方法。

背景技术

蒸发镀膜技术是指在真空环境中，通过蒸发金属等固体材料，使其气化并附着在产品物件的表面并产生一层均匀的薄膜，以达到增强产品的抗腐蚀性、美观性以及改善产品的光学性能等目的。蒸发镀膜技术始于20世纪中，经过数十年的发展，蒸发镀膜技术目前广泛用于装饰、通讯、光学和半导体等领域。其中镀膜时衬底温度是影响膜层质量的关键因素，衬底温度过低会由于膜层沉积反应不完全而导致膜层脱落，衬底温度过高可能由于膜层与衬底之间热应力差导致膜层膜裂。因此，实现衬底温度的精准控制已成为蒸发镀膜设备设计开发的重点之一。

传统的蒸发镀膜设备衬底温度控制系统都是采用经典PID控制策略，PID即为比例-积分-微分控制，其工作原理为通过对采集被控对象的实时数据并将其与系统给定值进行对比得到两者之间的误差，将误差的比例、积分与微分进行控制从而对系统进行控制。PID控制系统具有原理简单，鲁棒性强，适用面广等优点。但蒸发镀膜设备内的温度存在强耦合、大滞后等特点，因此使用PID控制策略对衬底温度进行控制时往往会存在超调量大，稳态误差较大，系统震荡过久等问题，此类问题是由于PID控制系统的kp、ki、kd三个参数整定不合理而造成的；工程人员在实际工程操作中往往凭借工程经验对这三个参数进行整定，经验整定法对工程人员具有较高的要求，并且浪费了大量的资源与时间，降低了工程效率；另外，现有的PID控制策略都是针对广义范围内的温度控制算法，即使进行一定程度上的参数整定，仍然无法满足蒸发镀膜设备内部复杂温度场对控制系统的要求，因此亟需一种基于优化PID算法的蒸发镀膜设备衬底温度控制方法来解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种基于优化PID算法的蒸发镀膜设备衬底温度控制方法，能能减少系统的超调与稳态误差，使温度控制更加快速精准。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于优化PID算法的蒸发镀膜设备衬底温度控制方法，包括如下步骤：

S1、根据蒸发镀膜设备衬底温升曲线，计算得到温度系统的传递函数；

S2、将传统PID控制算法中的k_p、k_i、k_d三个参数作为粒子群算法中粒子的解，进行迭代寻优，并引入线性递减权值策略，将惯性因子设为随迭代可变状态，实现参数自整定，最后将整定后的参数赋予PID控制算法中，实现PID控制算法的优化；

S3、基于优化后的PID控制算法输出实现对衬底温度的控制。

优选的，在S1中，蒸发镀膜设备衬底温度系统用近似二阶惯性滞后函数表示：

其中，输入u为加热器电压，输出y为衬底表面温度，K为系统开环增益，τ为系统延时，T₁、T₂为加热系统时间常数；设二阶系统的输入信号为单位阶跃函数u(t)＝1(t)，则输入信号的Laplace变换式为忽略传递函数的延迟环节，得到单位阶跃响应函数的Laplace变换式为：

将其进行拉普拉斯反变换，得到函数如下：