CN113463184B - 晶体生长过程中提升速度的控制方法、装置和可读介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了晶体生长过程中提升速度的控制方法、装置和可读介质，该方法包括：获取晶体需要生长到的目标直径；实时采集晶体在生长过程中的实际直径；将目标直径和实际直径作为PID控制的输入，得到PID输出值；根据目标直径和实际直径，确定速度计算公式；根据PID输出值以及速度计算公式，计算晶体的提升速度；根据提升速度，对晶体进行拉升处理。本方案能够提高在晶体生长过程中对提升速度进行控制的精度。
Description
技术领域
本发明涉及电气控制技术领域，特别涉及晶体生长过程中提升速度的控制方法、装置和可读介质。
背景技术
单晶炉是一种在惰性气体环境中，用石墨加热器将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法生长单晶的设备，由于其结构设计稳定，运行平稳，质量流量和温度控制精准获得了广泛的应用。
然而，由于单晶炉中生长晶体的环境较为复杂，导致其生长成的晶体的参数由压力、炉内温度、坩埚转速、晶体提升速度等多个因素决定，其中晶体的提升速度是决定晶体参数最重要的因素。因此，对晶体生长过程中的提升速度进行控制具有重要意义。
发明内容
本发明提供了晶体生长过程中提升速度的控制方法、装置和可读介质，能够提高在晶体生长过程中对提升速度进行控制的精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种晶体生长过程中提升速度的控制方法，该方法包括：
获取晶体需要生长到的目标直径；
实时采集所述晶体在生长过程中的实际直径；
将所述目标直径和所述实际直径作为PID控制的输入，得到PID输出值；
根据所述目标直径和所述实际直径，确定速度计算公式；
根据所述PID输出值以及所述速度计算公式，计算所述晶体的提升速度；
根据所述提升速度，对所述晶体进行拉升处理。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述目标直径和所述实际直径确定速度计算公式，包括：
计算所述实际直径和所述目标直径的差值，得到直径偏差；
判断所述直径偏差是否位于预设的初级偏差区间；
若所述直径偏差位于初级偏差区间之内，则确定所述速度计算公式为如下公式一：
nset＝nbase+PID_out*p
其中，nset用于表征所述晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征所述PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值。
在一种可能的实现方式中，所述根据所述目标直径和所述实际直径确定速度计算公式，包括：
计算所述实际直径和所述目标直径的差值，得到直径偏差；
判断所述直径偏差是否位于预设的初级偏差区间；
若所述直径偏差位于初级偏差区间之外，则根据所述直径偏差确定目标偏差区间；
确定与所述目标偏差区间相对应的直径控制调整系数；
根据所述直径控制调整系数，确定所述速度计算公式为如下公式二：
nset＝nbase+PID_out*p*k
其中，nset用于表征所述晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征所述PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值，k用于表征所述直径控制调整系数。
在一种可能的实现方式中，所述确定与所述目标偏差区间相对应的直径控制调整系数，包括：
计算所述目标偏差区间内晶体直径变化的斜率；
根据所述斜率计算对应所述目标偏差区间的所述直径控制调整系数。
在一种可能的实现方式中，在根据所述公式二计算出的所述提升速度对所述晶体进行拉升处理，包括：
采集根据所述公式二实时计算出的所述晶体的当前提升速度；
判断所述当前提升速度是否位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间内；
若是，则继续根据所述公式二计算所述晶体的当前提升速度，并根据该当前提升速度对所述晶体进行拉升处理；
若否，则将当前提升速度的值更改为所述最小值和所述最大值中与该当前提升速度最接近的一个值；并根据更改后的当前提升速度对所述晶体进行拉升处理。
在一种可能的实现方式中，在对所述晶体进行拉升处理之后，进一步包括：
监测所述晶体的直径变化率的符号是否发生改变，如果是，则利用如下公式一计算提升速度：
nset＝nbase+PID_out*p
其中，nset用于表征所述晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征所述PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值；
根据当前计算出的提升速度，对所述晶体进行拉升处理。
在一种可能的实现方式中，当所述当前提升速度位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间之外，所述将所述目标直径和所述实际直径作为PID控制的输入得到PID输出值，包括：
将所述目标直径和所述实际直径作为所述PID控制的输入；
对所述PID控制中的积分项进行锁定处理，得到所述PID输出值。
第二方面，本发明实施例还提供了一种晶体生长过程中提升速度的控制装置，该装置包括：
一个目标直径获取模块，用于获取晶体需要生长到的目标直径；
一个实际直径采集模块，用于实时采集所述晶体在生长过程中的实际直径；
一个PID控制输出模块，用于将所述目标直径获取模块获取到的所述目标直径和所述实际直径采集模块采集到的所述实际直径作为PID控制的输入，得到PID输出值；
一个计算公式确定模块，用于根据所述目标直径获取模块获取到的所述目标直径和所述实际直径采集模块采集到的所述实际直径，确定速度计算公式；
一个提升速度计算模块，用于根据所述PID控制输出模块输出的所述PID输出值以及所述计算公式确定模块确定的所述速度计算公式，计算所述晶体的提升速度；
一个拉升处理模块，用于根据所述提升速度计算模块得到的所述提升速度，对所述晶体进行拉升处理。
在一种可能的实现方式中，所述计算公式确定模块，包括：
一个第一直径偏差计算单元，用于计算所述实际直径和所述目标直径的差值，得到直径偏差；
一个第一判断单元，用于判断所述第一直径偏差计算单元得到的所述直径偏差是否位于预设的初级偏差区间；
一个公式一确定单元，用于若所述第一判断单元判断出所述直径偏差位于初级偏差区间之内，则确定所述速度计算公式为如下公式一：
nset＝nbase+PID_out*p
其中，nset用于表征所述晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征所述PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值。
在一种可能的实现方式中，所述计算公式确定模块，包括：
一个第二直径偏差计算单元，用于计算所述实际直径和所述目标直径的差值，得到直径偏差；
一个第二判断单元，用于判断所述第二直径偏差计算单元得到的所述直径偏差是否位于预设的初级偏差区间；
一个目标偏差区间确定单元，用于若所述第二判断单元判断出所述直径偏差位于初级偏差区间之外，则根据所述直径偏差确定目标偏差区间；
一个调整系数确定单元，用于确定与所述目标偏差区间确定单元确定的所述目标偏差区间相对应的直径控制调整系数；
一个公式二确定单元，用于根据所述调整系数确定单元确定的所述直径控制调整系数，确定所述速度计算公式为如下公式二：
nset＝nbase+PID_out*p*k
其中，nset用于表征所述晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征所述PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值，k用于表征所述直径控制调整系数。
在一种可能的实现方式中，所述调整系数确定单元在确定与所述目标偏差区间相对应的直径控制调整系数时，配置成执行如下操作：
计算所述目标偏差区间内晶体直径变化的斜率；
根据所述斜率计算对应所述目标偏差区间的所述直径控制调整系数。
在一种可能的实现方式中，所述拉升处理模块在根据所述公式二计算出的所述提升速度对所述晶体进行拉升处理时，配置成执行如下操作：
采集根据所述公式二实时计算出的所述晶体的当前提升速度；
判断所述当前提升速度是否位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间内；
若是，则继续根据所述公式二计算所述晶体的当前提升速度，并根据该当前提升速度对所述晶体进行拉升处理；
若否，则将当前提升速度的值更改为所述最小值和所述最大值中与该当前提升速度最接近的一个值；并根据更改后的当前提升速度对所述晶体进行拉升处理。
在一种可能的实现方式中，所述拉升处理模块，进一步包括：
一个变化率符号监测单元，用于监测所述晶体的直径变化率的符号是否发生改变，如果是，则利用如下公式一计算提升速度：
nset＝nbase+PID_out*p
其中，nset用于表征所述晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征所述PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值；
一个拉升处理单元，用于根据当前计算出的提升速度，对所述晶体进行拉升处理。
在一种可能的实现方式中，PID控制输出模块在当所述当前提升速度位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间之外，所述将所述目标直径和所述实际直径作为PID控制的输入得到PID输出值时，配置成执行如下操作：
将所述目标直径和所述实际直径作为所述PID控制的输入；
对所述PID控制中的积分项进行锁定处理，得到所述PID输出值。
第三方面，本发明实施例还提供了一种计算设备，包括：至少一个存储器和至少一个处理器；
所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；
所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行第一方面中任一所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行第一方面中任一所述的方法。
由上述技术方案可知，在对晶体生长过程中的提升速度进行控制时，首先需要获取晶体需要生长到的目标直径，并采集生长过程中的实际直径，通过将目标直径和实际直径作为PID控制的输入，得到用以反馈偏差的PID输出值。进一步，通过目标直径和实际直径确定用于计算提升速度的公式，如此通过根据PID输出值和速度计算公式即可计算晶体的提升速度，从而实现对晶体的拉升控制。由此可见，本方案通过利用PID控制实时对目标直径和实际直径进行反馈输出，并将该反馈输出作用在速度计算公式中，如此通过实时采集的数据对提升速度进行反馈调节，能够在晶体生长过程中提高提升速度的控制精度。此外，本方案还根据目标直径和实际直径所对应的不同情况，采取更加适合当前状态的计算公式进行提升速度的计算，从而能够计算得到更加准确的提升速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以基于这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一个实施例提供的一种晶体生长过程中提升速度的控制方法的流程图；
图2是本发明一个实施例提供的一种确定速度计算公式的方法的流程图；
图3是本发明一个实施例提供的另一种确定速度计算公式的方法的流程图；
图4是本发明一个实施例提供的一种对晶体进行拉升处理的方法的流程图；
图5是本发明一个实施例提供的一种晶体生长过程中提升速度的控制装置的示意图；
图6是本发明一个实施例提供的一种计算公式确定模块的示意图；
图7是本发明一个实施例提供的另一种计算公式确定模块的示意图；
图8是本发明一个实施例提供的一种拉升处理模块的示意图；
图9是本发明一个实施例提供的一种计算设备的示意图。
附图标记列表
101：获取晶体需要生长到的目标直径
102：实时采集晶体在生长过程中的实际直径
103：将目标直径和实际直径作为PID控制的输入，得到PID输出值
104：根据目标直径和实际直径，确定速度计算公式
105：根据PID输出值以及速度计算公式，计算晶体的提升速度
106：根据提升速度，对晶体进行拉升处理
201：计算实际直径和目标直径的差值，得到直径偏差
202：判断直径偏差是否位于预设的初级偏差区间
203：若直径偏差位于初级偏差区间之内，则确定速度计算公式为公式一
301：计算实际直径和目标直径的差值，得到直径偏差
302：判断直径偏差是否位于预设的初级偏差区间
303：若直径偏差位于初级偏差区间之外，则根据直径偏差确定目标偏差区间
304：确定与目标偏差区间相对应的直径控制调整系数
305：根据直径控制调整系数，确定速度计算公式为公式二
401：采集根据公式二实时计算出的晶体的当前提升速度
402：判断当前提升速度是否位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间内
403：若是，则继续根据公式二计算晶体的当前提升速度，并根据该当前提升速度对晶体进行拉升处理
404：若否，则将当前提升速度的值更改为最小值和最大值中与该当前提升速度最接近的一个值；并根据更改后的当前提升速度对晶体进行拉升处理
501：目标直径获取模块 502：实际直径采集模块 503：PID控制输出模块
504：计算公式确定模块 505：提升速度计算模块 506：拉升处理模块
5041：第一直径偏差计算单元 5042：第一判断单元 5043：公式一确定单元
5044：第二直径偏差计算单元 5045：第二判断单元 5046：目标偏差区间确定单元
5047：调整系数确定单元 5048：公式二确定单元 5061：变化率符号监测单元
5062：拉升处理单元 901：存储器 902：处理器 900：计算设备
100：晶体生长过程中提升速度的控制方法500：晶体生长过程中提升速度的控制装置
具体实施方式
如前，在单晶炉中生长晶体时，是通过石墨加热器在惰性气体环境中将多晶硅等多晶材料熔化，用直拉法进行晶体的生长。然而，由于在单晶炉中，晶体的生长因素比较复杂，如压力、炉内温度、液位温度、坩埚转速、晶体转速、晶体提升速度等。其中晶体提升速度是决定晶体参数的一种非常最重要的因素，比如，提升速度可以决定生长成的晶体的直径。因此，在晶体生长过程中，对提升速度进行精确控制具有非常重要的意义。
目前，在对晶体生长过程中的提升速度进行控制时，通常采用的方法是通过计算目标值和实际值的偏差，然后通过比例-积分-微分(Proportion-Integration-Differentiation，PID)控制算法计算出拉升增量，将拉升增量和设定的拉升速度的和作为晶体的拉升速度。然而，该方法没有充分考虑到在晶体生长过程中出现的各种状态，比如，实际直径大于目标直径的状态、实际直径小于目标直径的状态、实际直径和目标直径的偏差过大的情况等。因此，采用上述方式往往在晶体生长过程中对提升速度进行控制的精度较低。
基于此，本方案考虑根据目标直径和实际直径确定更适合当前状态的速度计算公式，通过利用该速度计算公式和实时的PID输出值对拉升速度进行计算，如此能够得到更加准确的控制速度，进而实现对进行晶体生长过程的精准控制。
下面结合附图对本发明实施例提供的晶体生长过程中提升速度的控制方法、装置和可读介质进行详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种晶体生长过程中提升速度的控制方法100，该方法可以包括如下步骤：
步骤101：获取晶体需要生长到的目标直径；
步骤102：实时采集晶体在生长过程中的实际直径；
步骤103：将目标直径和实际直径作为PID控制的输入，得到PID输出值；
步骤104：根据目标直径和实际直径，确定速度计算公式；
步骤105：根据PID输出值以及速度计算公式，计算晶体的提升速度；
步骤106：根据提升速度，对晶体进行拉升处理。
在对晶体生长过程中的提升速度进行控制时，首先需要获取晶体需要生长到的目标直径，并采集生长过程中的实际直径，通过将目标直径和实际直径作为PID控制的输入，得到用以反馈偏差的PID输出值。进一步，通过目标直径和实际直径确定用于计算提升速度的公式，如此通过根据PID输出值和速度计算公式即可计算晶体的提升速度，从而实现对晶体的拉升控制。由此可见，本方案通过利用PID控制实时对目标直径和实际直径进行反馈输出，并将该反馈输出作用在速度计算公式中，如此通过实时采集的数据对提升速度进行反馈调节，能够在晶体生长过程中提高提升速度的控制精度。此外，本方案还根据目标直径和实际直径所对应的不同情况，采取更加适合当前状态的计算公式进行提升速度的计算，从而能够计算得到更加准确的提升速度。
在本发明实施例中，步骤102中实时采集晶体在生长过程中的实际直径时，可以考虑在单晶炉上安装CCD摄像机，通过CCD相机对生长的晶体进行实时监控，得到晶体生长过程中的实际直径。进一步通过将设定的晶体需要生长到的目标直径和CCD反馈得到的实际直径作为输入得到PID输出值。其中，控制晶体提升的设备可以是S210伺服电机，可以考虑基于S7-1500控制器中的PID_compact功能块对伺服电机进行控制。
由于在对晶体生长过程中的提升速度进行控制时，可能会存在不同的状态，比如目标直径小于实际直径的情况、目标直径大于实际直径的情况、目标直径和实际直径的偏差值超出了设定的范围的情况，计算出的速度超过的晶体提升速度的极限值的情况等。如果都通过同一种计算公式进行晶体提升速度的计算，势必会导致计算结果存在较大误差，或使得晶体的提升速度不能够及时的变化而使得晶体的参数无法满足预期的值。因此，在本发明实施例中，考虑针对不同的状态，采取不同的方式，结合通过实时得到PID输出值，计算当前适合状态的晶体提升速度，从而提高控制提升速度的准确性。
比如，在一种可能的实现方式中，步骤104根据目标直径和实际直径确定速度计算公式时，如图2所示，可以包括如下步骤：
步骤201：计算实际直径和目标直径的差值，得到直径偏差；
步骤202：判断直径偏差是否位于预设的初级偏差区间；
步骤203：若直径偏差位于初级偏差区间之内，则确定速度计算公式为如下公式一：
nset＝nbase+PID_out*p
其中，nset用于表征晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值。
在本发明实施例中，通过计算实际直径和目标直径的差值得到直径偏差，然后考虑设定初级偏差区间，通过判断该直径偏差是否位于预先设定的初级偏差区间之内，并在位于预先设定的初级偏差区间之内时，利用公式一计算晶体的提升速度。
比如，通过提升速度来控制晶体直径时，可以首先设定预期的初级偏差范围为-0.3mm～0.3mm，那么通过利用实际直径和目标直径的偏差与该初级偏差范围进行比较，确定直径偏差是否在该范围内，若在该范围内，那就说明当前提升速度在偏差范围之内，利用上述公式一进行正常的输出控制即可。比如晶体的基本提升速度nbase为60，通过PID_out输出值为20％，晶体速度的调节幅值为10，那么则可以知道晶体的提升速度应稳定在60+20％*10＝62。
在另一种可能的实现方式中，步骤104根据目标直径和实际直径确定速度计算公式时，如图3所示，还可以通过如下步骤实现：
步骤301：计算实际直径和目标直径的差值，得到直径偏差；
步骤302：判断直径偏差是否位于预设的初级偏差区间；
步骤303：若直径偏差位于初级偏差区间之外，则根据直径偏差确定目标偏差区间；
步骤304：确定与目标偏差区间相对应的直径控制调整系数；
步骤305：根据直径控制调整系数，确定速度计算公式为如下公式二：
nset＝nbase+PID_out*p*k
其中，nset用于表征晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值，k用于表征直径控制调整系数。
在本发明实施例中，当直径偏差位于初级偏差之外时，考虑根据该直径偏差确定目标偏差区间，然后根据确定的目标偏差区间确定直径的控制调整系数，如此通过利用该直径调整系数得到公式二。由上述可知，相比于公式一，公式二增加了直径控制调整系数，通过利用直径控制调整系数对公式一进行了修正，如此使得其更加符合当前状态的晶体提升速度的计算。
在本发明实施例中，在利用计算晶体的提升速度之前，首先根据需要进行偏差区间的设定，以及根据设定的该偏差区间确定对应的直径控制调整系数。比如，在利用晶体的提升速度控制晶体的直径时，期望将晶体的误差范围控制在1mm以内，那么考虑在1mm的误差范围内划分若干个误差区间，例如0～0.3mm、0.3mm～0.6mm、0.6mm～1mm等。如此通过确定各个误差区间所对应的直径控制调整系数，即可确定出直径偏差满足当前误差区间的速度计算公式。当然需要指出的是，误差区间除了包括实际直径大于目标直径的情况，如上述0～0.3mm、0.3mm～0.6mm、0.6mm～1mm等。还应包括实际直径小于目标直径的情况，比如：0～-0.3mm、-0.3mm～-0.6mm、-0.6mm～-1mm等。
在步骤304确定与目标偏差区间相对应的直径控制调整系数时，在一种可能的实现方式中，可以考虑建立偏差区间和直径调整系数的对应关系表。比如如下表1所示：
表1偏差区间与直径控制调整系数对应表
在另一种可能的实现方式中，在步骤304确定与目标偏差区间相对应的直径控制调整系数时，还可以通过如下方式实现：
计算目标偏差区间内晶体直径变化的斜率；
根据斜率计算对应目标偏差区间的直径控制调整系数。
考虑直径控制调整系数和晶体直径变化的斜率存在关系，在本发明实施例中，通过在各个目标偏差区间内计算直径变化的斜率，然后根据该直径变化的斜率计算对应该目标偏差区间的直径控制调整系数。
比如，在计算各个目标偏差区间的直径变化的斜率时，可以在对应的目标偏差区间内，通过采集30s内的直径变化数据进行斜率的计算，然后可以考虑利用如下公式计算对应该区间的直径控制调整系数：
ki＝mi*gi
其中，ki为第i个目标直径区间的直径控制调整系数，mi为第i个目标直径区间对应的晶体直径变化的斜率，gi为第i个区间的调整系数参量。
在步骤305确定出计算晶体提升速度的公式二，并利用该公式二计算出晶体的提升速度之后，步骤106在利用该提升速度对晶体进行拉升处理时，在一种可能的实现方式中，如图4所示，具体可以包括如下步骤：
步骤401：采集根据公式二实时计算出的晶体的当前提升速度；
步骤402：判断当前提升速度是否位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间内；
步骤403：若是，则继续根据公式二计算晶体的当前提升速度，并根据该当前提升速度对晶体进行拉升处理；
步骤404：若否，则将当前提升速度的值更改为最小值和最大值中与该当前提升速度最接近的一个值；并根据更改后的当前提升速度对晶体进行拉升处理。
考虑到控制器在控制电机进行晶体的拉升时，提升速度是存在极限值的，即存在最大值和最小值，如果通过公式二计算出的提升速度超过了极限范围，显然是不能按照计算出的速度对晶体的拉升进行控制的。因此，在本发明实施例中，通过采集根据公式二实时计算出的晶体的当前提升速度，然后判断该当前提升速度是否位于最大值和最小值的范围之内。若在当前范围之内，则可以利用公式二计算当前提升速度，并对晶体进行拉升处理。如果，当前提升速度超过的极限值，则应该将与当前提升速度最接近的极限值作为当前提升速度对晶体进行拉升处理。
比如，设备的提升速度的最大值为10mm/s，最小值为2mm/s。如果得到的当前提升速度为6mm/s，那么利用公式二继续计算速度提升公式，并对晶体进行控制；如果得到的当前提升速度为12mm/s，那么将最大值10mm/s的速度作为对晶体进行拉升的提升速度；如果得到的当前提升速度为1mm/s，那么将最小值2mm/s的速度作为对晶体进行拉升的提升速度。
考虑到在对晶体进行拉升处理时，如果一直通过公式二进行提升速度的计算在有些情况下也会存在误差。比如，通过控制晶体的拉升速度来控制晶体的直径时，如果通过利用公式二将实际直径调节到与目标直径的偏差非常小，那么此时再利用公式二对提升速度进行大幅调整，显然可能会使得结果再次大幅偏离目标结果。因此，在一种可能的实现方式中，在对晶体进行拉升处理之后，可以进一步考虑利用如下方式对晶体进行拉升处理：
监测晶体的直径变化率的符号是否发生改变，如果是，则利用如下公式一计算提升速度：
nset＝nbase+PID_out*p
其中，nset用于表征晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值；
根据当前计算出的提升速度，对晶体进行拉升处理。
在本发明实施例中，通过检测晶体的直径变化率是否发生改变，并在改变时利用公式一计算晶体的提升速度，然后利用该计算出的提升速度对晶体进行拉升处理。由于当晶体的实际直径被从偏离目标直径较大的值通过公式二校正到偏离较小的过程中，势必会产生直径变化率的符号的改变。
比如，目标直径为100mm，实际直径为99mm，此时实际直径小于目标直径，在利用公式二计算提升速度的工程中，实际直径逐渐变大，但这过程的初期(即实际直径未达到100mm时)，直径变化率为负值，当实际直径达到100mm并继续增大时，此时直径变化率变为正值，而此时晶体的实际直径和目标直径偏差非常小，显然满足设定的偏差范围。因此，此时可以考虑利用调节幅度较小的公式一计算晶体的提升速度，并利用该速度对晶体进行拉升处理，能够保证对进行的参数进行更加精准的控制。
在步骤104中，当当前提升速度在预先设定的提升速度的最小值和最大值之外时，由于调节速度控制为最大值或最小值，但此时PID是一直进行输出的，而PID控制中的积分项是以时间进行积分的，如此当将晶体的直径控制回来后，需要花费大量的时间去恢复晶体的提升速度。因此，在一种可能的实现方式中，可以考虑对PID控制中的积分项进行锁定。具体可以包括如下方式：
将目标直径和实际直径作为PID控制的输入；
对PID控制中的积分项进行锁定处理，得到PID输出值。
在本发明实施例中，当晶体的提升速度位于极限值之外时，利用提升速度的最大值或最小值对晶体的拉升进行控制时，通过将PID控制中的积分项进行锁定，使得PID控制不再通过时间累积进行提升速度的调节，只通过不用进行时间累积的比例项和微分项进行提升速度的调节，如此在将晶体的直径调整过后，不用花费大量的时间恢复提升速度，从而能够提高提升速度的调节效率。
如图5所示，本发明实施例还提供了一种晶体生长过程中提升速度的控制装置500，该装置包括：
一个目标直径获取模块501，用于获取晶体需要生长到的目标直径；
一个实际直径采集模块502，用于实时采集晶体在生长过程中的实际直径；
一个PID控制输出模块503，用于将目标直径获取模块501获取到的目标直径和实际直径采集模块502采集到的实际直径作为PID控制的输入，得到PID输出值；
一个计算公式确定模块504，用于根据目标直径获取模块501获取到的目标直径和实际直径采集模块502采集到的实际直径，确定速度计算公式；
一个提升速度计算模块505，用于根据PID控制输出模块503输出的PID输出值以及计算公式确定模块504确定的速度计算公式，计算晶体的提升速度；
一个拉升处理模块506，用于根据提升速度计算模块505得到的提升速度，对晶体进行拉升处理。
在一种可能的实现方式中，如图6所示，计算公式确定模块504，包括：
一个第一直径偏差计算单元5041，用于计算实际直径和目标直径的差值，得到直径偏差；
一个第一判断单元5042，用于判断第一直径偏差计算单元5041得到的直径偏差是否位于预设的初级偏差区间；
一个公式一确定单元5043，用于若第一判断单元5042判断出直径偏差位于初级偏差区间之内，则确定速度计算公式为如下公式一：
nset＝nbase+PID_out*p
其中，nset用于表征晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值。
在一种可能的实现方式中，如图7所示，计算公式确定模块504，包括：
一个第二直径偏差计算单元5044，用于计算实际直径和目标直径的差值，得到直径偏差；
一个第二判断单元5045，用于判断第二直径偏差计算单元5044得到的直径偏差是否位于预设的初级偏差区间；
一个目标偏差区间确定单元5046，用于若第二判断单元5045判断出直径偏差位于初级偏差区间之外，则根据直径偏差确定目标偏差区间；
一个调整系数确定单元5047，用于确定与目标偏差区间确定单元5046确定的目标偏差区间相对应的直径控制调整系数；
一个公式二确定单元5048，用于根据调整系数确定单元5047确定的直径控制调整系数，确定速度计算公式为如下公式二：
nset＝nbase+PID_out*p*k
其中，nset用于表征晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值，k用于表征直径控制调整系数。
在一种可能的实现方式中，调整系数确定单元5047在确定与目标偏差区间相对应的直径控制调整系数时，配置成执行如下操作：
计算目标偏差区间内晶体直径变化的斜率；
根据斜率计算对应目标偏差区间的直径控制调整系数。
在一种可能的实现方式中，拉升处理模块506在根据公式二计算出的提升速度对晶体进行拉升处理时，配置成执行如下操作：
采集根据公式二实时计算出的晶体的当前提升速度；
判断当前提升速度是否位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间内；
若是，则继续根据公式二计算晶体的当前提升速度，并根据该当前提升速度对晶体进行拉升处理；
若否，则将当前提升速度的值更改为最小值和最大值中与该当前提升速度最接近的一个值；并根据更改后的当前提升速度对晶体进行拉升处理。
在一种可能的实现方式中，如图8所示，拉升处理模块506，进一步包括：
一个变化率符号监测单元5061，用于监测晶体的直径变化率的符号是否发生改变，如果是，则利用如下公式一计算提升速度：
nset＝nbase+PID_out*p
其中，nset用于表征晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值；
一个拉升处理单元5062，用于变化率符号监测单元5061根据当前计算出的提升速度，对晶体进行拉升处理。
在一种可能的实现方式中，PID控制输出模块503在当当前提升速度位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间之外，将目标直径和实际直径作为PID控制的输入得到PID输出值时，配置成执行如下操作：
将目标直径和实际直径作为PID控制的输入；
对PID控制中的积分项进行锁定处理，得到PID输出值。
如图9所示，本发明一个实施例还提供了计算设备900，包括：至少一个存储器901和至少一个处理器902；
至少一个存储器901，用于存储机器可读程序；
至少一个处理器902，与至少一个存储器901耦合，用于调用机器可读程序，执行上述任一实施例提供的晶体生长过程中提升速度的控制方法100。
本发明还提供了一种计算机可读介质，所述计算机可读介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行上述任一实施例提供的晶体生长过程中提升速度的控制方法100。具体地，可以提供配有存储介质的系统或者装置，在该存储介质上存储着实现上述实施例中任一实施例的功能的软件程序代码，且使该系统或者装置的计算机(或CPU或MPU)读出并执行存储在存储介质中的程序代码。
在这种情况下，从存储介质读取的程序代码本身可实现上述实施例中任何一项实施例的功能，因此程序代码和存储程序代码的存储介质构成了本发明的一部分。
用于提供程序代码的存储介质实施例包括软盘、硬盘、磁光盘、光盘(如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW)、磁带、非易失性存储卡和ROM。可选择地，可以由通信网络从服务器计算机上下载程序代码。
此外，应该清楚的是，不仅可以通过执行计算机所读出的程序代码，而且可以通过基于程序代码的指令使计算机上操作的操作系统等来完成部分或者全部的实际操作，从而实现上述实施例中任意一项实施例的功能。
此外，可以理解的是，将由存储介质读出的程序代码写到插入计算机内的扩展板中所设置的存储器中或者写到与计算机相连接的扩展模块中设置的存储器中，随后基于程序代码的指令使安装在扩展板或者扩展模块上的CPU等来执行部分和全部实际操作，从而实现上述实施例中任一实施例的功能。
需要说明的是，上述各流程和各装置结构图中不是所有的步骤和模块都是必须的，可以根据实际的需要忽略某些步骤或模块。各步骤的执行顺序不是固定的，可以根据需要进行调整。上述各实施例中描述的系统结构可以是物理结构，也可以是逻辑结构，即，有些模块可能由同一物理实体实现，或者，有些模块可能分由多个物理实体实现，或者，可以由多个独立设备中的某些部件共同实现。其中，上述晶体生长过程中提升速度的控制装置与晶体生长过程中提升速度的控制方法基于同一发明构思。
以上各实施例中，硬件模块可以通过机械方式或电气方式实现。例如，一个硬件模块可以包括永久性专用的电路或逻辑(如专门的处理器，FPGA或ASIC)来完成相应操作。硬件模块还可以包括可编程逻辑或电路(如通用处理器或其它可编程处理器)，可以由软件进行临时的设置以完成相应操作。具体的实现方式(机械方式、或专用的永久性电路、或者临时设置的电路)可以基于成本和时间上的考虑来确定。
上文通过附图和优选实施例对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限于这些已揭示的实施例，基与上述多个实施例本领域技术人员可以知晓，可以组合上述不同实施例中的代码审核手段得到本发明更多的实施例，这些实施例也在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.晶体生长过程中提升速度的控制方法，其特征在于，包括：
获取晶体需要生长到的目标直径；
实时采集所述晶体在生长过程中的实际直径；
将所述目标直径和所述实际直径作为PID控制的输入，得到PID输出值；
根据所述目标直径和所述实际直径，确定速度计算公式；
根据所述PID输出值以及所述速度计算公式，计算所述晶体的提升速度；
根据所述提升速度，对所述晶体进行拉升处理；其中，
所述根据所述目标直径和所述实际直径确定速度计算公式，进一步包括：
计算所述实际直径和所述目标直径的差值，得到直径偏差；
判断所述直径偏差是否位于预设的初级偏差区间，所述初级偏差区间为-0.3毫米至0.3毫米；
若所述直径偏差位于初级偏差区间之外，则根据所述直径偏差确定目标偏差区间；
确定与所述目标偏差区间相对应的直径控制调整系数；
根据所述直径控制调整系数，确定所述速度计算公式为如下公式二：
nset＝nbase+PID_out*p*k
其中，nset用于表征所述晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征所述PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值，k用于表征所述直径控制调整系数，
所述目标偏差区间与所述直径控制调整系数的对应关系为：
-1.0至-0.6毫米区间对应直径控制调整系数-1.8；
-0.6至-0.3毫米区间对应直径控制调整系数-1.3；
-0.3至0毫米区间对应直径控制调整系数-1.1；
0至0.3毫米区间对应直径控制调整系数1.1；
0.3至0.6毫米区间对应直径控制调整系数1.3；
0.6至1.0毫米区间对应直径控制调整系数1.8。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在根据所述公式二计算出的所述提升速度对所述晶体进行拉升处理，包括：
采集根据所述公式二实时计算出的所述晶体的当前提升速度；
判断所述当前提升速度是否位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间内；
若是，则继续根据所述公式二计算所述晶体的当前提升速度，并根据该当前提升速度对所述晶体进行拉升处理；
若否，则将当前提升速度的值更改为所述最小值和所述最大值中与该当前提升速度最接近的一个值；并根据更改后的当前提升速度对所述晶体进行拉升处理。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在对所述晶体进行拉升处理之后，进一步包括：
监测所述晶体的直径变化率的符号是否发生改变，如果是，则利用如下公式一计算提升速度：
nset＝nbase+PID_out*p
其中，nset用于表征所述晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征所述PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值；
根据当前计算出的提升速度，对所述晶体进行拉升处理。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，当所述当前提升速度位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间之外，将所述目标直径和所述实际直径作为PID控制的输入得到PID输出值，包括：
将所述目标直径和所述实际直径作为所述PID控制的输入；
对所述PID控制中的积分项进行锁定处理，得到所述PID输出值。
5.晶体生长过程中提升速度的控制装置，其特征在于，包括：
一个目标直径获取模块，用于获取晶体需要生长到的目标直径；
一个实际直径采集模块，用于实时采集所述晶体在生长过程中的实际直径；
一个PID控制输出模块，用于将所述目标直径获取模块获取到的所述目标直径和所述实际直径采集模块采集到的所述实际直径作为PID控制的输入，得到PID输出值；
一个计算公式确定模块，用于根据所述目标直径获取模块获取到的所述目标直径和所述实际直径采集模块采集到的所述实际直径，确定速度计算公式；
一个提升速度计算模块，用于根据所述PID控制输出模块输出的所述PID输出值以及所述计算公式确定模块确定的所述速度计算公式，计算所述晶体的提升速度；
一个拉升处理模块，用于根据所述提升速度计算模块得到的所述提升速度，对所述晶体进行拉升处理；其中
所述计算公式确定模块，进一步包括：
一个第二直径偏差计算单元，用于计算所述实际直径和所述目标直径的差值，得到直径偏差；
一个第二判断单元，用于判断所述第二直径偏差计算单元得到的所述直径偏差是否位于预设的初级偏差区间，所述初级偏差区间为-0.3毫米至0.3毫米；
一个目标偏差区间确定单元，用于若所述第二判断单元判断出所述直径偏差位于初级偏差区间之外，则根据所述直径偏差确定目标偏差区间；
一个调整系数确定单元，用于确定与所述目标偏差区间确定单元确定的所述目标偏差区间相对应的直径控制调整系数；
一个公式二确定单元，用于根据所述调整系数确定单元确定的所述直径控制调整系数，确定所述速度计算公式为如下公式二：
nset＝nbase+PID_out*p*k
其中，nset用于表征所述晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征所述PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值，k用于表征所述直径控制调整系数，
所述目标偏差区间与所述直径控制调整系数的对应关系为：
-1.0至-0.6毫米区间对应直径控制调整系数-1.8；
-0.6至-0.3毫米区间对应直径控制调整系数-1.3；
-0.3至0毫米区间对应直径控制调整系数-1.1；
0至0.3毫米区间对应直径控制调整系数1.1；
0.3至0.6毫米区间对应直径控制调整系数1.3；
0.6至1.0毫米区间对应直径控制调整系数1.8。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述拉升处理模块在根据所述公式二计算出的所述提升速度对所述晶体进行拉升处理时，配置成执行如下操作：
采集根据所述公式二实时计算出的所述晶体的当前提升速度；
判断所述当前提升速度是否位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间内；
若是，则继续根据所述公式二计算所述晶体的当前提升速度，并根据该当前提升速度对所述晶体进行拉升处理；
若否，则将当前提升速度的值更改为所述最小值和所述最大值中与该当前提升速度最接近的一个值；并根据更改后的当前提升速度对所述晶体进行拉升处理。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述拉升处理模块，进一步包括：
一个变化率符号监测单元，用于监测所述晶体的直径变化率的符号是否发生改变，如果是，则利用如下公式一计算提升速度：
nset＝nbase+PID_out*p
其中，nset用于表征所述晶体的提升速度，nbase用于表征目标直径的晶体所对应的基本提升速度，PID_out用于表征所述PID输出值，p用于表征晶体速度的调节幅值；
一个拉升处理单元，用于根据当前计算出的提升速度，对所述晶体进行拉升处理。
8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，PID控制输出模块在当所述当前提升速度位于预先设定的提升速度的最小值和最大值的区间之外，将所述目标直径和所述实际直径作为PID控制的输入得到PID输出值时，配置成执行如下操作：
将所述目标直径和所述实际直径作为所述PID控制的输入；
对所述PID控制中的积分项进行锁定处理，得到所述PID输出值。
9.计算设备，其特征在于，包括：至少一个存储器和至少一个处理器；
所述至少一个存储器，用于存储机器可读程序；
所述至少一个处理器，用于调用所述机器可读程序，执行权利要求1至4中任一所述的方法。
10.计算机可读介质，其特征在于，所述计算机可读介质上存储有计算机指令，所述计算机指令在被处理器执行时，使所述处理器执行权利要求1至4中任一所述的方法。
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