《温度控制方法及其温度控制系统的制作方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《温度控制方法及其温度控制系统的制作方法（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、温度控制方法及其温度控制系统的制作方法专利名称：温度控制方法及其温度控制系统的制作方法技术领域：本发明涉及一种温度控制方法及其温度控制系统，尤其涉及一种用于光刻 机的温度控制方法及其温度控制系统。背景技术：光刻机对其内部关键零部件的温度波动具有严格的限制，尤其是光刻机内 投影物镜的温度波动，将直接引起成像质量的畸变。光刻机投影物镜正常工作时要求其温度波动范围在 0. 02C，当采用循环冷却液对光刻机内部的温度进 行控制时， 一般要求循环冷却液体温度的控制精度达到士O. 04C。这就要求向 光刻机内部提供温度受控制高精度的循环冷却液以达到稳定光刻机内部温度的 目的。温度控制中常用的方法是PID控
2、制方法。PID是指比例、积分和微分控制， 其中比例控制是控制输出与误差量成正比，偏差越大则控制输出越大；积分控 制是用于消除稳态误差；微分控制用以提前抑制误差。但是现有公知的PID控 制技术往往很难快速达到设定温度值而又不产生超调的现象。机械工程学报2008年19巻第10期光刻机投影物镜的温度控制算法一 文中提出了一种分段的温度控制方法控制投影物镜的温度，该温度控制方法中 各个阶段均采用PI控制方式，即比例和积分控制方式。由于分段较多，参数的 整定比较复杂，使得温度控制达到稳定过程的时间较长。专利号为02108085. 2的中国专利，提到一种惯性温度控制方法，用于使胚 体在两个温度点之间变化，
3、使胚体温度平滑达到设定温度点附近，而不产生超 调。这种方法在温度控制的整个过程中都以斜率控制作为主控制目标，-而以设 定温度点作为次要控制目标，在最终达到设定点附近时，温度控制精度不够高。发明内容本发明提供了 一种温度控制方法及其温度控制系统，以提高温度控制精度 并缩短温度控制过程中的响应时间。为解决上述问题，本发明提供了一种温度控制方法，通过一温度控制系统执行，该温度控制系统包含有加热模块以及制冷模块，所述方法包括以下步骤设定该温度控制系统所要输出的循环冷却液的预期温度值； .根据循环冷却液出口当前温度值与预期温度值之间的偏差，调整加热块 与制冷模块功率输出，控制温度的变化；将控制温度的变化
4、过程分为至少三个阶段，每个阶段实现不同的目标，使 循环冷却液的温度达到设定的预期温度值，所述三个阶段为M1、 M2、 M3，其中，Ml阶段用以提高温度控制系统的响应速度，快速接近预期温度值；M2阶段用以控制温度变化的斜率；M3阶段用以使系统当前的温度值稳定在预期温度值处。进一步的，所述M1阶段的步骤为设定循环冷却液的预期温度值；启动加热模块或制冷模块以满负荷工作，使得当前温度值接近所述预期温 度值，进一步的，所述M2阶段的步骤为 设定一期望温度变化速率；调整加热模块和制冷模块的输出功率比例，使得循环冷却液的温度变化速 率与期望温发变化速率一致。进一步的，所述M3阶段的步骤为同时调节加热模块与制
5、冷模块，使循环冷却液出口当前温度值迅速稳定 在设定值附近，并达到预期精度；限制加热模块与制冷模块温度变化的增量的大小，防止温度变化的增量过大。本发明还提供一种采用上述温度控制方法的温度控制系统，所述温度控制 系统包括温度采集模块、控制器模块、加热模块、制冷模块和水箱，其中，. 温度采集模块的输入端与水箱的输出端口连接，输出端与控制器模块连接，用以采集循环冷却液出口当前温度；控制器模块的输入端与温度采集模块的输出端连接，输出端分别与固态继 电器和相位角控制器连接，用以对所述温度采集模块采集的温度数据进行处理，并对加热模块和制冷模块发出控制信号；加热模块的输入端与控制器模块连接，输出端位于水箱中，
6、用以根据控制器模块的控制信号，控制加热的输出功率；制冷模块的输入端与相位角控制器输出端连接，输出端与水箱的输入端口 连接，用以根据控制器模块的控制信号，控制制冷的输出功率；水箱的输入端分别与制冷模块和加热模块的输出端连接，用以均勾混合经加热与制冷后的循环冷却液；进一步的，所述温度采集模块包括激励源、温度传感器、A/D转换模块和数 字滤波器， 激励源的输出端与温度传感器的输入端连接，用以给温度传感器产生激励 信号；温度传感器的输入端与激励源的输出端连接，输出端与A/D转换模块的输 入端连接，用以采集循环冷却液出口当前温度并提供给A/D转换器；A/D转换器的输入端与温度传感器的输出端连接，输出端与
7、数字滤波器的 输入端连接，用以将所述温度传感器采集的模拟信号转换成数字信号；所述数字滤波器的输入端与A/D转换器的输出端连4妻，输出端连接于控制 器模块，用以将所述数字信号滤波后转化为测量温度值，并将测量温度值传给 控制器模块。进一步的，所述激励源为恒流源或恒压源。 进一步的，所述加热模块包括固态继电器和加热器，其中，固态继电器的输入端与控制器模块的输出端连接，输出端与加热器的输入端连接，用以接收控制器模块的控制信号，控制加热器的功率输出； 加热器位于水箱中，用以加热。进一步的，所述制冷i块包才舌相位角控制器和半导体制冷器，其中， 相位角控制器的输入端与控制器模块的输出端连接，输出端与半导体制
8、冷 器连接，用以接收控制器模块的控制信号，控制半导体制冷器的功率输出； 半导体制冷器输出端与水箱的输入端口连接，用以提供制冷后的循环冷却液。进一步的，所述控制器模块包括数据存储单元、计算处理单元和D/A转换单 元，其中，数据存储单元的输入端与数字滤波器的输出端连接，输出端与计算处理单 元的输入端连接，用以存储数字滤波器输出的测量温度值以及计算过程中用到 的数据和控制程序；计算处理单元的输入端与数据存储单元的输出端连接，输出端与D/A转换 单元的输入端连接，用以对数据存储单元里存储的数据和控制程序进行处理；D/A转换单元的输入端与计算处理单元的输出端连接，输出端分别与加热模 块和制冷模块连接，用
9、以将计算处理单元处理得到的数据转化为模拟信号，驱 动所述加热莫块和制冷纟莫块。进一步的，所述温度控制系统还包括水泵，所述水泵的输入端与水箱的输出 端口连接，用以驱动循环冷却液在温度控制系统和外部被控制对象之间流动。与现有温度控制方法及其温度控制系统相比，本发明提供的温度控制方法及 其温度控制系统通过比较循环冷却液出口当前温度值与预期温度值之间的偏 差，调整加热模块与制冷;f莫块功率输出，将控制温度的变化过程分为若千阶殳， 使循环冷却液的温度快速达到设定温度点，并提高了控制温度的精度。以下结合附图和具体实施例对本发明的温度控制方法及其温度控制系统作 进一步详细的描述。图1为本发明实施例中温度控制
10、装置的循环冷却液管路连接系统示意图； 图2为本发明实施例中温度控制系统示意图； 图3为本发明实施例中温度控制方法的整体流程图； 图4为本发明实施例中温度控制Ml阶段控制程序流程图； 图5为本发明实施例中温度控制M2阶段控制程序流程图； 图6为本发明实施例中温度控制M3阶段控制程序流程图； 图7为本发明实施例中温度控制方法与常规PID温度控制方法仿真曲线比 较示意图；.图8为本发明实施例中温度控制系统与常规PID温度控制系统其加热才莫块 与制冷模块输出仿真比较示意图。具体实施例方式为使本发明的技术特征更明显易懂，下面结合附图与实施例，对本发明做 进一步的描述。 -请参阅图，1，图1为本发明实施例
11、中温度控制装置的循环冷却液管路连接系统示意图，该冷却液管路连接系统包括温度采集模块2、控制器模块i:加热模块3和制冷模块4，水泵5、压力传感器6、流量传感器7、电磁阀8、手动阀 9、电磁阀13以及水箱14,循环冷却液由水泵5驱动，经由电磁阀8流入外部 设备，在与外部设备发生热交换后经由电磁阀13流入温度控制装置内部。半导 体制冷器41与加热器31对流入温度控制装置内部的循环冷却液经过加热制冷 后，在水箱14内部充分混合，使循环冷却液温度达到均匀，再次由水泵5驱动， 流入外部设备进行热交换。其中电磁阀13可以调节流入外部设备循环冷却液流量的大小，压力传感器6用于监控循环冷却液的压力。本实施例中，
12、所述的循 环冷却液为水。请参阅如图2所示，图2为本发明实施例中温度控制系统示意图，请参阅 图2并结合参照图1,本实施例提供的温度控制系统为上述冷却液管路连接系统 的一部分，用于控制循环冷却液的出口温度，主要由温度采集模块2、控制器模 块1、加热模块3和制冷模块4组成，所述温度采集模块2包括激励源20、温 度传感器21、 A/D转换单元22和数字滤波器23;所述激励源20可以为恒压源 或恒流源，本实施例中采用恒流源。所述温度传感器21可以为热敏电阻或柏电 阻，本实施方案中釆用ptl00铂电阻。所述激励源20用以给温度传感器产生激励信号；所述温度传感器21用以 采集循环冷却液出口当前温度即采集从水
13、泵5 口出来的循环冷却液的温度，并 提供给A/D转换器22; A/D转换器22用以将所迷温度传感器21采集的模拟信 号转换成数字信号；所述数字滤波器23用以将所述数字信号滤波后转化为测量 温度值，并将测量温度值传给控制器模块l。所述控制器模块1由数据储单元10、计算处理单元11和D/A转换单元12 组成；数据储单元10用以存储数字滤波器输出的测量温度值以及计算过程中用 到的数据和控制程序；计算处理单元ll用于处理数据，实施图3至图6所示的 程序流程(具体处理过程容后再叙述)；D/A转换单元12将计算处理单元11处 理得到的数据转化为模拟信号，分别驱动加热模块3与制冷模块4。所述数据存储单元10
14、与计算处理单元11可以由DSP或单片机组成。加热模块3由固态继电器30和加热器31组成，固态继电器30接收控制器 模块1输出的模拟信号，控制加热器31的功率输出，加热器31位于水箱14中， 用以对循环冷却液加热。本实施例中加热器31功率为2500W。制冷莫块4由相位角控制器40和半导体制冷器41组成，相位角控制器40 接收控制器模块1输出的模拟信号，控制半导体制冷器41的功率输出，本实施 例中半导体制冷器41的功率为3000W。请参阅图3,图3为本发明实施例中温度控制方法的整体流程图，其步骤为 设定循环冷却液的预期温度值；根据循环冷却液出口当前温度值与预期温度值 之间的偏差，调整加热模块3与制
15、冷模块4功率输出，控制温度的变化；将控 制温度的变化过程分为若干阶段，每个阶段实现不同的目标，使循环冷却液的 温度达到设定温度点。本实施例中，共分为M1、 M2、 M3三个阶段，请结合图3 所示的流程图参见具体步骤如下整体流程开始于步骤S30，即温度控制开始，然后进入步骤S31,初始化各参 数值Ts :控制算法采样时间，本实施方案中为5s;al, a2 :各阶段分界点，由参数整定或经验值得到，本实施例中为取al-O. 8， a2=0. 3。kl，k2 :M2阶段比例系数，由参数整定或经验值得到，本实施例中选择kl-2， k2=2. 4。liral，lim2 : M2阶段加热模块3与制冷模块4增
16、量限幅，由参数整定或经 验值得到；本实施例中选择liml-lO， lim2=9。P1，P2，11，12 : M3阶段加热模块3与制冷模块4比例、积分系数，由;ft 整定或经验得到，本实施例中选择Pl-l. 2，P2-0. 8， 11=0.012,12=0.01。lim3, lim4 : M3阶段加热模块3与制冷模块4增量限幅，本实施例中选择 lim3=5, lim4=4. 5。v，期望水温变化的速率，由经聪，没定；在步骤S33中，控制器模块1接收来自温度采集模块2的数据，经过比较， 设定偏差err-设定值-初始水温值，计算出偏差值，步骤S34根据如下公式决定 控制温度的阶段H=1 ，Ml阶段 -a2formula see original document
