納米噴印微環境預測控制技術研究

《納米噴印微環境預測控制技術研究》是依託華中科技大學，由張海濤擔任項目負責人的重大研究計畫。

基本介紹

• 中文名：納米噴印微環境預測控制技術研究
• 項目類別：重大研究計畫
• 項目負責人：張海濤
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

本項目研究納米噴印微環境溫度場的分布參數模型預測控制技術。綜合考慮溫度場特有的多場耦合、納米尺度效應、局部熱源微擾動、多種軟硬約束和時滯等複雜特性，擬通過基於核函式的非線性時空分離建模策略，深刻揭示微環境溫度場的非線性動力學特性與回響畸變規律，從而構建高精度的溫度場分布參數模型，依此預測溫度場未來的時空耦合超曲面發展軌跡，進而設計分布參數預測控制軟硬體系統。研究內容包括：多場耦合和納米尺度效應導致的回響畸變規律分析；非線性時空分離建模與預測方法研究；分布參數預測控制策略研究；微環境溫控系統的軟硬體開發。本項目旨在用儘可能少的感測器和驅動器，為納米噴印提供高精度的均勻微環境溫度場，以顯著降低溫度場波動造成的納米噴印微擾動和回響畸變，最終突破納米噴印在行程、定位精度、外場調控效率等方面的性能瓶頸。所設計的微環境通用控制系統可拓展到納米精度、納米尺度和跨尺度製造裝備，具有可觀的市場前景。

結題摘要

本項目研究納米靜電噴印平台中關鍵的微環境溫度場控制、“自上而下”的噴印射流形貌的靜電場和微泵控制、基板沉積纖維形貌的靜電場和基板變速度控制、基板大行程快速宏微定位控制系統和“自下而上”的納米沉積微粒的自組織構型控制。項目進行噴印平台的搭建、微環境及纖維形貌的閉環控制器軟硬體設計、納米靜電噴印控制實驗等方面的探索和研究。在項目的執行過程中，對擬定的研究內容全部開展了相應的研究工作並取得了預期的研究結果。此外，在項目執行期間除了按照計畫重點開展了納米靜電噴印微環境的模型預測控制(MPC)技術研究之外，還及時追蹤國際納米製造與自動控制的交叉領域研究進展，擴充了研究內容，將納米噴印的微環境MPC技術拓展到了原子層薄膜沉積過程的微環境溫度場控制，有效抑制了反應物流量波動、惰性氣體流量波動等干擾對微環境溫度場演化過程的影響，顯著提高了薄膜的均勻性。同時，課題組對納米噴印基板的宏微運動定位控制技術進行了深入的研究，發展了冗餘預測控制方法，在保障定位精度的前提下顯著提高了定位速度。本項目旨在降低外界物理場造成的納米噴印過程微擾動和回響畸變，為納米射流形貌和沉積纖維的構型提供穩定的閉環控制系統，最終為突破納米噴印在沉積纖維一致性、特徵線寬等方面的性能瓶頸提供控制理論支撐。