[发明专利]高精密温度控制装置及其参数自整定方法

说明书

技术领域

本发明涉及精密机械仪器领域，具体涉及一种高精密温度控制装置及其参数自整定方法。

背景技术

半导体行业中芯片制造涉及许多高精密的运动控制过程，这些过程需要非常严格的温度环境作为保证。例如，芯片光刻工艺中为了保证曝光图形满足要求，光刻设备内部要求处在一个恒温状态，其精度要求达到±0.01℃。光刻机中的温度控制设备(Temperature Control Unit，TCU)用来控制光刻机内部的环境温度。它控制自身内部循环介质的温度，通过管路与光刻机连接，实现与光刻机内部环境和器件的热交换，来保证光刻机系统的温度精度及稳定性要求。

在实际的工厂环境中，TCU与光刻机的联接管路长度可能会因为不同的厂区布置而不同，TCU输出到光刻机对象的循环介质的流量也可能会因为光刻机对象的不同而不同。这些实际工况的变化会导致整个系统特性的变化。此外，环境温度的变化等因素都会导致整个系统特性的变化。在现实中，TCU的应用范围还扩大到医疗、实验、科研等领域。例如，干涉仪实验平台使用TCU进行环境温度控制。在这些不同应用场合的实际工况下，TCU的循环介质的流量、传输距离、环境温度等因素可能会发生较大变化，从而导致系统特性的变化。

现有的TCU产品之一，采用固定的控制算法和控制参数来对循环介质进行温度控制，这样必然导致在整个系统特性发生较大变化时，TCU的温控精度和稳定时间等温控性能难以得到保证。实践证明，该TCU产品在较低流量、较远距离的温控工况下，温控精度会变差，稳定时间会变长。另一现有的TCU产品，采用通用的PID调节器作为控制器来对循环介质进行温度控制。用户可以通过参数设定来修改PID调解器的温控参数，也可以使用PID调解器的自整定功能获取温控参数。在实际应用过程中，使用通用PID调解器的自整定功能往往经过反复整定仍难获得理想的温控参数。原因在于，通用PID调解器的自整定功能采用动态特性参数法来获取温控参数，其使用的经验公式只能针对特定的过程模型，当其理想模型与实际模型存在较大偏差时，其按经验公式计算出的温控参数便难以获得较好的温控效果。如果用户通过经验试凑法进行参数整定，则对用户的温控知识和参数调节经验提出了非常高的要求。在实际应用过程中，用户往往连续几周的调试仍难试凑出较好的温控参数。另外，该TCU产品使用通用PLC、通用PID调节器构建控制系统，其成本很高，不利于产品的成本控制。

发明内容

为了克服已有技术中存在的温度控制设备中温控参数难以确定的问题，本发明提供一种方便快捷整定温控参数的温度控制装置和方法。

为了实现上述目的，本发明提出一种高精密温度控制装置，包括：一种高精密温度控制装置，包括：循环部分，所述循环部分包括：液槽；加热器，位于所述液槽内；至少一个第一传感器，所述第一传感器为流量传感器或压力传感器，位于所述循环部分的管路上；液位传感器，位于所述液槽内，且位于所述加热器一侧；流量泵，和所述液槽相连；至少一个温度传感器，位于所述液槽内或所述液槽的输出管路上；冷却部分，所述冷却部分包括：制冷器，所述制冷器和所述液槽相连；所述高精密温度控制装置还包括控制部分，所述控制部分包括控制器和触摸屏，所述控制器和所述触摸屏相连，所述控制器和所述加热器、所述第一传感器、所述液位传感器、所述温度传感器、所述制冷器分别相连。

可选的，所述控制器为嵌入式卡板控制器。

可选的，所述第一传感器位于所述流量泵的输出端的管路上。

可选的，所述循环部分的管路上设置有多个电控阀。

可选的，所述循环部分的管路上设置有至少一个手控阀。

为了实现上述目的，本发明还提出一种高精密温度控制装置的参数自整定方法，包括以下步骤：控制器接收用户自整定指令；以默认的温控参数启动温控过程；检测动态响应过程的峰值和稳定时间；根据所述峰值计算超调量，根据所述超调量调节比例参数；根据所述峰值计算震荡周期，根据所述震荡周期再次调节所述比例参数；根据所述峰值计算衰减率，根据所述衰减率调节积分参数；根据温度变化达到±0.02℃的稳定时间，调节所述比例参数和所述积分参数；根据温度变化达到±0.01℃的稳定时间，再次调节所述比例参数和所述积分参数；获得所述比例参数和所述积分参数。

本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的有益效果主要表现在：本发明提供的装置和方法解决了温控参数与实际工况的匹配问题，扩展了温度控制设备的应用范围，降低了成本。

附图说明

图1为本发明高精密温度控制装置及其参数自整定方法的装置第一实施例。