一种分数阶微积分模型的射频阻抗匹配装置及控制方法制造方法及图纸

本申请公开了一种分数阶微积分模型的射频阻抗匹配装置及控制方法，所述装置包括传感器模块

【技术实现步骤摘要】
一种分数阶微积分模型的射频阻抗匹配装置及控制方法


[0001]本专利技术主要涉及自动化控制技术，具体涉及一种分数阶微积分模型的射频阻抗匹配装置及控制方法
。

技术介绍

[0002]现有技术中，射频（
RF
，
Radio Frequency
）发生装置，用于产生特定频率的射频电信号，可提供射频功率，应用于多种需要射频信号的场景中
。
射频发生装置与等离子腔室组合，将射频功率传输至等离子腔室，即可激发产生用于刻蚀
、
化学气相沉积等工艺的等离子体
。
但通常情况下，等离子体腔室的非线性负载阻抗与射频发生装置的恒定输出阻抗并不相等，在射频发生装置与等离子体腔室之间会存在比较严重的阻抗失衡，从而使得位于射频发生装置与等离子体腔室之间的射频传输线上存在较大的反射功率，造成射频发生装置产生的功率无法全部输送给等离子体腔室
。
[0003]因此，传统技术中在射频发生装置与等离子体腔室之间设置一个射频阻抗匹配装置，用于调节电路中的阻抗，使得阻抗匹配
。
在实现过程中，专利技术人发现目前射频发生装置中阻抗匹配网络和控制阻抗匹配的传统控制器，主要存在以下问题：（1）阻抗匹配网络中的电感电容本质是分数阶的，对于分数阶被控对象，采用的控制器必须是分数阶形式，而整数阶的电感和电容只是理论上存在，对电感和电容建立整数阶微积分模型不能准确地反映元件本质，如果使用整数阶模型来分析系统，可能得出错误的结论；（2）采用传统的控制器得到的调整量只是一个大概的调整趋势，并不是一个准确数值，比如说可能只是误差信号与预先设定的系数的乘积
。
所以，采用传统的控制器进行阻抗匹配时，需要耗费的时间较长，匹配速度慢，精确度不高
。
[0004]因此，如何设计一种匹配速度快
、
匹配精度高的射频阻抗匹配装置及方法，是待解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对现有技术的问题，提供一种分数阶微积分模型的射频阻抗匹配装置及控制方法
。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种分数阶微积分模型的射频阻抗匹配装置，包括传感器模块
、
分数阶控制器
、
驱动模块以及可变阻抗电路；所述可变阻抗电路用于分别连接射频发生装置和等离子体腔室，所述传感器模块用于检测所述射频发生装置的射频输出阻抗和所述可变阻抗电路的当前阻抗，传输至所述分数阶控制器；所述分数阶控制器分别连接所述传感器模块和所述驱动模块，用于根据所述射频输出阻抗和所述可变阻抗电路的当前阻抗，得到所述可变阻抗电路的当前误差阻抗，并基于分数阶
PID
控制算法，得出所述可变阻抗电路的阻抗调整量，根据所述阻抗调整量生成调整指令并发送至所述驱动模块；所述当前误差阻抗根据阻抗匹配时所述可变阻抗电路的目
标阻抗与所述可变阻抗电路的当前阻抗的差得到；所述驱动模块，用于根据所述调整指令调整所述可变阻抗电路的当前阻抗，以使所述射频输出阻抗与匹配网络输入阻抗匹配；其中，所述可变阻抗电路包括第一分数阶电容
、
第二分数阶电容和分数阶电感，所述射频阻抗匹配装置的输入阻抗由公式（1）表示：
[0007]其中，，为第一分数阶电容的电容值，为第一分数阶电容的阶数，为第二分数阶电容的电容值，为第二分数阶电容的阶数，为分数阶电感的电感值，为分数阶电感值的阶数
。
[0008]优选地，所述分数阶控制器包括误差计算单元
、
分数阶
PID
控制单元和指令生成单元；所述误差计算单元连接所述传感器模块，用于接收所述传感器模块检测的所述射频输出阻抗和所述可变阻抗电路的当前阻抗，并将所述射频输出阻抗当作匹配网络的输入阻抗，代入预设的可变阻抗电路阻抗与所述匹配网络输入阻抗的函数关系式，得到阻抗匹配时所述可变阻抗电路的目标阻抗，并根据所述可变阻抗电路的目标阻抗和所述可变阻抗电路的当前阻抗之差，得到所述可变阻抗电路的当前误差阻抗；分数阶
PID
控制单元连接所述误差计算单元，用于将所述可变阻抗电路的当前误差阻抗代入分数阶
PID
控制算法，得出所述可变阻抗电路的阻抗调整量；指令生成单元分别连接所述分数阶
PID
控制单元和所述驱动模块，用于根据所述阻抗调整量生成调整指令并发送至所述驱动模块
。
[0009]优选地，所述传感器模块用于检测所述射频发生装置的射频输出阻抗
、
所述第一分数阶电容的当前阻抗
、
第二分数阶电容的当前阻抗和分数阶电感的当前阻抗，传输至所述误差计算单元；所述误差计算单元连接所述传感器模块，用于接收所述传感器模块检测的所述射频输出阻抗
、
所述第一分数阶电容的当前阻抗
、
第二分数阶电容的当前阻抗和分数阶电感的当前阻抗，并将所述射频输出阻抗当作匹配网络的输入阻抗并代入函数关系式（1），得到阻抗匹配时所述第一分数阶电容的目标阻抗
、
第二分数阶电容的目标阻抗和分数阶电感的目标阻抗，并分别根据所述第一分数阶电容的目标阻抗和所述第一分数阶电容的当前阻抗之差
、
所述第二分数阶电容的目标阻抗和所述第二分数阶电容的当前阻抗之差及所述分数阶电感的目标阻抗和所述分数阶电感的当前阻抗之差，得到所述第一分数阶电容的当前误差阻抗
、
所述第二分数阶电容的当前误差阻抗及所述分数阶电感的当前误差阻抗；所述分数阶
PID
控制单元连接所述误差计算单元，用于分别将所述第一分数阶电容的当前误差阻抗
、
所述第二分数阶电容的当前误差阻抗和所述分数阶电感的当前误差阻抗代入分数阶
PID
控制算法，得出所述第一分数阶电容的阻抗调整量
、
所述第二分数阶电容的阻抗调整量及所述分数阶电感的阻抗调整量；
所述指令生成单元分别连接所述分数阶
PID
控制单元和所述驱动模块，用于根据所述第一分数阶电容的阻抗调整量
、
所述第二分数阶电容的阻抗调整量及所述分数阶电感的阻抗调整量生成调整指令并发送至所述驱动模块；所述驱动模块，用于根据所述调整指令调整所述第一分数阶电容的当前阻抗
、
第二分数阶电容的当前阻抗和分数阶电感的当前阻抗，以使所述射频输出阻抗与匹配网络输入阻抗匹配
。
[0010]优选地，所述分数阶控制器的传递函数由公式（2）表示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（2）；其中，表示比例，表示积分增益，表示微分增益，表示积分项分数阶因子，表示微分项分数阶因子
。
[0011]优选地，所述积分项分数阶因子大于0，且微分项分数阶因子小于
2。
[0012]优选地，所述第一分数阶电容的阶数满足，所述第二分数阶电容的阶数满足，所述分数阶电感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种分数阶微积分模型的射频阻抗匹配装置，包括传感器模块
、
分数阶控制器
、
驱动模块以及可变阻抗电路；所述可变阻抗电路用于分别连接射频发生装置和等离子体腔室，所述传感器模块用于检测所述射频发生装置的射频输出阻抗和所述可变阻抗电路的当前阻抗，传输至所述分数阶控制器；所述分数阶控制器分别连接所述传感器模块和所述驱动模块，用于根据所述射频输出阻抗和所述可变阻抗电路的当前阻抗，得到所述可变阻抗电路的当前误差阻抗，并基于分数阶
PID
控制算法，得出所述可变阻抗电路的阻抗调整量，根据所述阻抗调整量生成调整指令并发送至所述驱动模块；所述当前误差阻抗根据阻抗匹配时所述可变阻抗电路的目标阻抗与所述可变阻抗电路的当前阻抗的差得到；所述驱动模块，用于根据所述调整指令调整所述可变阻抗电路的当前阻抗，以使所述射频输出阻抗与匹配网络输入阻抗匹配；其中，所述可变阻抗电路包括第一分数阶电容
、
第二分数阶电容和分数阶电感，所述射频阻抗匹配装置的输入阻抗由公式（1）表示：；其中，，为第一分数阶电容的电容值，为第一分数阶电容的阶数，为第二分数阶电容的电容值，为第二分数阶电容的阶数，为分数阶电感的电感值，为分数阶电感值的阶数
。2.
根据权利要求1所述的射频阻抗匹配装置，其特征在于，所述分数阶控制器包括误差计算单元
、
分数阶
PID
控制单元和指令生成单元；所述误差计算单元连接所述传感器模块，用于接收所述传感器模块检测的所述射频输出阻抗和所述可变阻抗电路的当前阻抗，并将所述射频输出阻抗当作匹配网络的输入阻抗，代入预设的可变阻抗电路阻抗与所述匹配网络输入阻抗的函数关系式，得到阻抗匹配时所述可变阻抗电路的目标阻抗，并根据所述可变阻抗电路的目标阻抗和所述可变阻抗电路的当前阻抗之差，得到所述可变阻抗电路的当前误差阻抗；分数阶
PID
控制单元连接所述误差计算单元，用于将所述可变阻抗电路的当前误差阻抗代入分数阶
PID
控制算法，得出所述可变阻抗电路的阻抗调整量；指令生成单元分别连接所述分数阶
PID
控制单元和所述驱动模块，用于根据所述阻抗调整量生成调整指令并发送至所述驱动模块
。3.
根据权利要求2所述的射频阻抗匹配装置，其特征在于，所述传感器模块用于检测所述射频发生装置的射频输出阻抗
、
所述第一分数阶电容的当前阻抗
、
第二分数阶电容的当前阻抗和分数阶电感的当前阻抗，传输至所述误差计算单元；所述误差计算单元连接所述传感器模块，用于接收所述传感器模块检测的所述射频输出阻抗
、
所述第一分数阶电容的当前阻抗
、
第二分数阶电容的当前阻抗和分数阶电感的当前阻抗，并将所述射频输出阻抗当作匹配网络的输入阻抗并代入函数关系式（1），得到阻抗
匹配时所述第一分数阶电容的目标阻抗
、
第二分数阶电容的目标阻抗和分数阶电感的目标阻抗，并分别根据所述第一分数阶电容的目标阻抗和所述第一分数阶电容的当前阻抗之差
、
所述第二分数阶电容的目标阻抗和所述第二分数阶电容的当前阻抗之差及所述分数阶电感的目标阻抗和所述分数阶电感的当前阻抗之差，得到所述第一分数阶电容的当前误差阻抗
、
所述第二分数阶电容的当前误差阻抗及所述分数阶电感的当前误差阻抗；所述分数阶
PID
控制单元连接所述误差计算单元，用于分别将所述第一分数阶电容的当前误差阻抗
、
所述第二分数阶电容的当前误差阻抗和所述分数阶电感的当前误差阻抗代入分数阶
PID
控制算法，得出所述第一分数阶电容的阻抗调整量
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐卫平，林伟群，姚志毅，
申请(专利权)人：深圳市恒运昌真空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：