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直拉法晶体生长过程非稳态流体热流耦合 被引量:5
1
作者 黄伟超 刘丁 +1 位作者 焦尚彬 张妮 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第20期415-424,共10页
为了改善复杂对流形态下的晶体生长品质,提出了一种改进的格子Boltzmann方法研究非稳态熔体流动和传热的耦合性质.该方法基于不可压缩轴对称D2Q9模型,构建了包含旋转惯性力和热浮力等外力项的演化关系,实现了对轴对称旋转流体的速度、... 为了改善复杂对流形态下的晶体生长品质,提出了一种改进的格子Boltzmann方法研究非稳态熔体流动和传热的耦合性质.该方法基于不可压缩轴对称D2Q9模型,构建了包含旋转惯性力和热浮力等外力项的演化关系,实现了对轴对称旋转流体的速度、温度和旋转角速度的计算与分析.结果表明,非稳态熔体中的流、热耦合性质与格拉斯霍夫数和雷诺数的相互作用有关;通过调节高雷诺数,可有效抑制熔体中的自然对流,改善温度分布,有助于提高单晶的品质.数值计算结果与实际硅单晶生长试验均证明了所提方法的正确性及有效性. 展开更多
关键词 格子BOLTZMANN 晶体生长 轴对称旋转 热流耦合
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直拉硅单晶生长过程建模与控制研究综述 被引量:18
2
作者 刘丁 赵小国 赵跃 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期1-12,共12页
硅单晶是最重要的半导体材料,90%的半导体器件和集成电路芯片都制作在硅单晶上.随着集成电路技术的快速发展,对硅单晶的品质要求也不断提高.直拉法是生产硅单晶的主要方法,其科学原理与方法、生长技术与工艺、控制策略与手段一直是理论... 硅单晶是最重要的半导体材料,90%的半导体器件和集成电路芯片都制作在硅单晶上.随着集成电路技术的快速发展,对硅单晶的品质要求也不断提高.直拉法是生产硅单晶的主要方法,其科学原理与方法、生长技术与工艺、控制策略与手段一直是理论界和产业界高度关注和不断研究的热点.本文针对直拉法电子级硅单晶生长过程,以晶体生长基本原理为基础,从生长建模、变量检测、控制方法等方面进行了全面的阐述,特别针对当今大尺寸、高品质硅单晶生长的要求,总结了目前所取得的主要研究成果与面临的问题,并提出了相应的研究思路和方法. 展开更多
关键词 直拉硅单晶 过程建模 变量检测 过程控制 控制策略
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硅单晶生长工艺参数建模及多目标优化 被引量:1
3
作者 黄伟超 刘丁 《人工晶体学报》 CSCD 北大核心 2017年第11期2095-2101,共7页
为了获得满足高品质硅单晶体生长的工艺参数,一种计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法、数据处理组合法(group method of data handing,GMDH)型神经网络和第二代非支配排序遗传算法II(nondominated sorting genetic a... 为了获得满足高品质硅单晶体生长的工艺参数,一种计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法、数据处理组合法(group method of data handing,GMDH)型神经网络和第二代非支配排序遗传算法II(nondominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)的混合策略被提出,并对Czochralski(Cz)法硅单晶生长进行建模和工艺参数的多目标优化。将包含了加热温度、晶转速度、埚转速度和提拉速度等四个设计变量的固液界面形变量h和缺陷评价准则V/G作为目标函数。通过CFD进行数值计算,获得GMDH训练所需要的样本,并建立目标函数多项式模型,最后利用NSGA-II得到满足了Pareto最优解的工艺参数。通过实际工程验证,证明了所提出的混合策略为获取晶体生长工艺参数提供了一种新的数值计算方法。 展开更多
关键词 晶体生长 工艺参数优化 计算流体动力学 第二代非支配排序遗传算法 多目标优化
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直拉硅单晶生长过程中工艺参数对相变界面形态的影响 被引量:3
4
作者 张妮 刘丁 冯雪亮 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第21期366-377,共12页
为改善晶体相变界面形态,提高晶体品质,提出了一种融合浸入边界法(immersed boundary method,IBM)和格子Boltzmann法(lattice Boltzmann method, LBM)的二维轴对称浸入边界热格子Boltzmann模型来研究直拉法硅单晶生长中的相变问题.将相... 为改善晶体相变界面形态,提高晶体品质,提出了一种融合浸入边界法(immersed boundary method,IBM)和格子Boltzmann法(lattice Boltzmann method, LBM)的二维轴对称浸入边界热格子Boltzmann模型来研究直拉法硅单晶生长中的相变问题.将相变界面视为浸没边界,用拉格朗日节点显式追踪相变界面;用LBM求解熔体中的流场和温度分布;用有限差分法求解晶体中的温度分布.实现了基于IB-LBM的动边界晶体生长过程研究.得到了不同晶体生长工艺参数作用下的相变界面,并用相变界面位置偏差绝对值的均值和偏差的标准差来衡量界面的平坦度,得到平坦相变界面对应工艺参数的调整方法.研究表明,相变过程与晶体提拉速度、晶体旋转参数和坩埚旋转参数的相互作用有关,合理地配置晶体旋转参数和坩埚旋转参数的比值,能够得到平坦的相变界面. 展开更多
关键词 晶体生长 固-液相变 浸入边界法 格子Boltzmann法
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基于响应面法的直拉硅单晶生长工艺参数优化方法 被引量:2
5
作者 张晶 潘亚妮 +1 位作者 刘丁 牟伟明 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第12期2429-2435,共7页
在直拉法制备硅单晶的过程中,要得到优质的晶体必须建立合理的温度分布,而单晶炉内热场的分布与工艺参数的设定密切相关。其中以晶体转速、坩埚转速和拉速等三个工艺参数对热场分布的影响尤为显著。为了确定最佳热场分布下晶转、埚转及... 在直拉法制备硅单晶的过程中,要得到优质的晶体必须建立合理的温度分布,而单晶炉内热场的分布与工艺参数的设定密切相关。其中以晶体转速、坩埚转速和拉速等三个工艺参数对热场分布的影响尤为显著。为了确定最佳热场分布下晶转、埚转及拉速的设定值,本文采用响应面算法通过方程拟合、回归分析等步骤求解这三个工艺参量与温度梯度之间的最佳函数模型,并在该模型下同时对这三个工艺参量进行优化分析,且通过仿真实验和拉晶实验表明该方法的有效性。 展开更多
关键词 直拉硅单晶 固液界面 工艺参数优化 响应面法
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基于混合集成建模的硅单晶直径自适应非线性预测控制 被引量:11
6
作者 任俊超 刘丁 万银 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第5期1004-1016,共13页
大尺寸、电子级直拉硅单晶生长过程中物理变化复杂、多场多相耦合、模型不确定且存在大滞后和非线性等特性,因此如何实现硅单晶直径控制是一个具有理论意义和实际价值的问题.本文结合工程实际提出一种基于混合集成建模的晶体直径自适应... 大尺寸、电子级直拉硅单晶生长过程中物理变化复杂、多场多相耦合、模型不确定且存在大滞后和非线性等特性,因此如何实现硅单晶直径控制是一个具有理论意义和实际价值的问题.本文结合工程实际提出一种基于混合集成建模的晶体直径自适应非线性预测控制方法.首先,为了准确辨识晶体直径模型,提出基于互相关函数的时滞优化估计方法和基于Lipschitz商准则与模型拟合优度的模型阶次辨识方法;其次,基于"分而治之"原理构建晶体直径混合集成模型.其中,采用小波包分解(Wavelet packet decomposition,WPD)方法将原始数据分解成若干个子序列,以减少其非平稳性和随机噪声.极限学习机(Extreme learning machine,ELM)和长短时记忆网络(Long-short-term memory networks,LSTM)分别建立近似(低频)子序列和细节(高频)子序列的预测模型,最终晶体直径预测输出由各子序列的预测结果汇总而成;然后,针对晶体直径混合集成模型失配问题以及目标函数难以求解问题,提出一种基于蚁狮优化(Ant lion optimizer,ALO)的自适应非线性预测控制策略.最后,基于工程实验数据仿真分析,验证了所提建模及控制方法的有效性. 展开更多
关键词 直拉硅单晶生长 直径控制 混合集成建模 模型辨识 自适应非线性预测控制
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∅300 mm直拉硅单晶生长过程中的变晶现象及其影响因素 被引量:1
7
作者 张晶 刘丁 《人工晶体学报》 CAS 北大核心 2022年第7期1185-1193,共9页
直拉法生长直径300 mm硅单晶过程中,直径均匀是获得高品质硅单晶的关键。在生产实践中发现,当硅晶体进入等径生长阶段,过高的提拉速度会引起晶体发生扭晶现象,导致晶线断裂随即变晶,对等径生长不利。本文采用数值模拟和理论相结合的方... 直拉法生长直径300 mm硅单晶过程中,直径均匀是获得高品质硅单晶的关键。在生产实践中发现,当硅晶体进入等径生长阶段,过高的提拉速度会引起晶体发生扭晶现象,导致晶线断裂随即变晶,对等径生长不利。本文采用数值模拟和理论相结合的方法分析了∅300 mm硅单晶生长过程中扭晶现象的成因,建立了不同提拉速度下晶体直径与熔体温度分布的关系,分析了晶体发生扭晶的影响因素。结果表明,随着提拉速度的增加,熔体自由表面产生过冷区且该过冷区随提拉速度的增加不断扩大,过冷区的产生是导致晶体发生扭晶的主要原因。提出了一种基于有限元热场数值模拟的最大稳定提拉速度的判别方法,并给出了通过改变晶体旋转速度来改善熔体自由表面温度分布的工艺措施建议,从而避免晶体扭晶现象的发生。研究结果对设计大尺寸硅单晶生长热场具有一定的指导作用。 展开更多
关键词 直拉硅单晶 扭晶 数值模拟 提拉速度 晶体旋转速度 过冷区
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基于栈式自编码网络的直拉硅单晶生长过程V/G软测量建模 被引量:2
8
作者 万银 刘丁 +1 位作者 任俊超 刘聪聪 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期277-286,共10页
在直拉硅单晶生长过程中,晶体质量与固液界面V/G密切相关,实现V/G的在线监测,对于生长低缺陷、无位错的大尺寸硅单晶至关重要。然而,在实际工业生产中V/G的直接获取异常困难。针对该问题,提出一种基于栈式自编码网络的软测量模型SAE-ELM... 在直拉硅单晶生长过程中,晶体质量与固液界面V/G密切相关,实现V/G的在线监测,对于生长低缺陷、无位错的大尺寸硅单晶至关重要。然而,在实际工业生产中V/G的直接获取异常困难。针对该问题,提出一种基于栈式自编码网络的软测量模型SAE-ELM,以实现V/G的实时监测。所提模型采用SAE提取数据特征,并将其作为ELM网络输入以实现对V/G的回归预测。其中,为了消除噪声影响,对原始数据进行了小波分解与重构,同时考虑到易测变量与目标变量之间的相关性,构建了基于Pearson和Spearman混合相关系数,以选择与V/G相关性较强的辅助变量。根据某型号单晶炉晶体生长过程中的实验数据,将该模型的性能与其他数据驱动建模方法进行了比较,验证了所提模型的有效性。 展开更多
关键词 直拉硅单晶生长 栈式自编码网络 固液界面V/G 软测量建模
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离散时间Markov跳变系统动态输出反馈有限时间H∞控制
9
作者 李艳恺 陈晨 +2 位作者 刘丁 穆凌霞 黄伟超 《控制与决策》 北大核心 2025年第2期617-625,共9页
研究基于动态输出反馈的离散Markov跳变系统有限时间H∞控制问题.针对实际系统中状态不可测和存在外界扰动的情况,提出动态输出反馈控制策略,同时基于有限时间H∞控制理论和Markov跳变系统理论,分析闭环系统的稳定性并利用线性矩阵不等... 研究基于动态输出反馈的离散Markov跳变系统有限时间H∞控制问题.针对实际系统中状态不可测和存在外界扰动的情况,提出动态输出反馈控制策略,同时基于有限时间H∞控制理论和Markov跳变系统理论,分析闭环系统的稳定性并利用线性矩阵不等式(LMI)技术获取可行的充分条件.所提方法给出了较为宽松的矩阵不等式解耦方案,具有较大的适用范围.最后,通过数值案例验证所提控制方案的有效性. 展开更多
关键词 离散时间Markov跳变系统 有限时间稳定 动态输出反馈控制 线性矩阵不等式技术 H_∞控制
原文传递
基于离散变速趋近律的模糊滑模高频开关电源控制 被引量:7
10
作者 焦尚彬 刘晨 +2 位作者 黄伟超 刘丁 梁炎明 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第20期108-117,共10页
状态空间平均法建立的小信号模型存在不适用于工作点在较大参数范围内变化的局限性,为了克服该缺点,采用准线性建模方法对移相全桥高频开关电源进行建模。在此基础上,选取了线性切换函数和基于变速趋近律的控制率,设计了一种高频开关电... 状态空间平均法建立的小信号模型存在不适用于工作点在较大参数范围内变化的局限性,为了克服该缺点,采用准线性建模方法对移相全桥高频开关电源进行建模。在此基础上,选取了线性切换函数和基于变速趋近律的控制率,设计了一种高频开关电源模糊滑模变结构控制器。该控制器能够克服传统高频开关电源控制器动态响应特性较慢、对系统条件突变调节效果不理想的不足。仿真结果表明,所设计的模糊滑模变结构控制器与一般滑模变结构控制器相比,具有更好的控制效果、鲁棒性和动态性能,有效降低了抖振。利用所设计的控制器实现了对1.2k W高频开关电源样机的良好控制,进一步证明了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 高频开关电源 准线性建模 切换函数 变速趋近律 模糊滑模变结构控制
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基于多目标人工鱼群算法的硅单晶直径检测图像阈值分割方法 被引量:15
11
作者 刘丁 张新雨 陈亚军 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第3期431-442,共12页
为提高对硅单晶直径检测图像高亮光环的分割精度,提出了一种基于多目标人工鱼群算法的二维直方图区域斜分多阈值分割方法.首先设计了一种多目标人工鱼群算法,并且改进了快速构造Pareto非劣解集的方法,然后以最大类间方差和最大熵同时作... 为提高对硅单晶直径检测图像高亮光环的分割精度,提出了一种基于多目标人工鱼群算法的二维直方图区域斜分多阈值分割方法.首先设计了一种多目标人工鱼群算法,并且改进了快速构造Pareto非劣解集的方法,然后以最大类间方差和最大熵同时作为测度函数,搜索最优的二维直方图区域斜分分割阈值.仿真结果表明,所设计的多目标人工鱼群优化算法具有较高的搜索精度,硅单晶直径检测图像分割实验结果表明,提出的改进二维直方图区域斜分多阈值分割方法对高亮光环具有较高的分割精度. 展开更多
关键词 硅单晶直径检测 阈值分割 二维直方图区域斜分法 多目标优化 人工鱼群算法
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基于电涡流传感器的温度位移智能检测方法 被引量:5
12
作者 张新雨 王露 +2 位作者 宋念龙 常帅 张东坤 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1176-1182,共7页
在现有的温度位移检测方法中,绝大部分仅适用于单变量测量,即使有能够同时测量两个变量的方法,测量范围也较窄,无法解决一些高温、腐蚀环境中大范围测量的问题。因此,本文提出了一种基于电涡流传感器的温度位移智能检测方法。首先,基于... 在现有的温度位移检测方法中,绝大部分仅适用于单变量测量,即使有能够同时测量两个变量的方法,测量范围也较窄,无法解决一些高温、腐蚀环境中大范围测量的问题。因此,本文提出了一种基于电涡流传感器的温度位移智能检测方法。首先,基于长短期记忆网络(Long Short Term Memory Networks,LSTM)建立电涡流传感器探头线圈的等效电感L、激励频率f、品质因数Q与被测对象的位移x和温度T的模型,然后利用离线数据对该模型进行训练,再利用训练好的模型对位移x和温度T实现在线测量。最后利用仿真对该温度和位移检测方法的有效性进行验证,实验结果表明,与传统的BP、RBF、MOSVR相比,本文方法可以有效地对被测对象的位移x和温度T实现同时检测,并且优于其他方法。同时本文将该检测方法在单片机系统上进行了实现,以验证其解决实际工程问题的有效性。 展开更多
关键词 温度检测 位移检测 电涡流传感器 LSTM
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基于改进智能霍夫变换的红热圆形工件直径检测 被引量:3
13
作者 张新雨 李思雨 +1 位作者 李婧华 杨延西 《西安理工大学学报》 CAS 北大核心 2022年第1期41-47,共7页
为提高霍夫变换(Hough transform,HT)检测圆形工件直径的速度,本文提出了一种基于模拟退火(simulated annealing,SA)的改进智能霍夫变换方法。首先将直径检测问题转化为在椭圆参数空间中搜索最优解的问题,并根据霍夫变换拟合椭圆的原理... 为提高霍夫变换(Hough transform,HT)检测圆形工件直径的速度,本文提出了一种基于模拟退火(simulated annealing,SA)的改进智能霍夫变换方法。首先将直径检测问题转化为在椭圆参数空间中搜索最优解的问题,并根据霍夫变换拟合椭圆的原理构造了目标函数。然后针对椭圆检测问题设计了混合Metropolis Hastings(MH)抽样算法,对模拟退火算法中的抽样方法进行改进,最后利用改进的模拟退火算法在参数空间中搜索最优椭圆参数,得到圆形工件的直径测量值,从而减少了霍夫变换算法的计算量和内存占用量,提高了霍夫变换的速度,并通过仿真和实际实验验证本文方法的有效性。实验结果表明,与迭代最小二乘(iterative least square,ILS)、随机霍夫变换(random Hough transform,RHT)和随机抽样一致(random sample consensus,RANSAC)相比,本文方法能够快速准确地检测椭圆参数和红热圆形工件直径。 展开更多
关键词 智能霍夫变换 椭圆拟合 模拟退火 直径检测 圆形工件
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基于快速MUSIC算法的道路双黄线检测 被引量:3
14
作者 张新雨 雷海栋 王思米 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1713-1718,共6页
为了提高道路双黄线的检测精度和速度,提出了一种基于快速多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法的直线检测方法。首先对道路双黄线图像进行分割和边缘提取,得到二值图像,然后转换成虚拟传感器阵列的多快拍信号,再通... 为了提高道路双黄线的检测精度和速度,提出了一种基于快速多重信号分类(Multiple Signal Classification,MUSIC)算法的直线检测方法。首先对道路双黄线图像进行分割和边缘提取,得到二值图像,然后转换成虚拟传感器阵列的多快拍信号,再通过构建远场信号模型和近场信号模型,将直线的倾斜角和偏移量检测问题转变为波达方向估计(Direction of Arrival,DOA)问题。最后通过分别划分两次网格,利用MUSIC算法对直线的倾斜角和偏移量进行搜索,从而求得所有直线的倾斜角和偏移量。实验结果表明,本文所提方法能够快速准确地检测出道路双黄线边缘的倾斜角和偏移量,对于自动驾驶技术具有重要的意义。 展开更多
关键词 双黄线检测 直线检测 倾斜角 偏移量 MUSIC算法
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改进滑动粗粒化和集成波动色散熵的故障诊断方法
15
作者 穆凌霞 田璐 +4 位作者 冯楠 汪红鑫 张建 吴世海 刘丁 《智能系统学报》 2025年第2期363-375,共13页
在多尺度波动色散熵中,多尺度粗粒化会忽略重构子序列部分相邻点之间的信息,并且子序列长度随着尺度因子的增大长度减小,这种特征提取的方法不利于故障分类。为了解决这个问题,本文提出了一种n次滑动粗粒化的方法,在确定的比例因子下,利... 在多尺度波动色散熵中,多尺度粗粒化会忽略重构子序列部分相邻点之间的信息,并且子序列长度随着尺度因子的增大长度减小,这种特征提取的方法不利于故障分类。为了解决这个问题,本文提出了一种n次滑动粗粒化的方法,在确定的比例因子下,利用n次滑动方法保留了每点之间的信息,保证重构后的序列与重构前的序列长度一致。针对波动色散熵中映射技术过于单一的问题,本文利用集成波动色散熵对重构后的序列进行特征提取,使得熵计算更加准确。用西储大学等轴承数据集对算法进行了验证,所提方法的故障诊断精确度显著提高。 展开更多
关键词 滑动粗粒化 序列重构 故障诊断 故障分类 集成波动色散熵 滚动轴承 振动信号 特征提取
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具有Levy变异和精英自适应竞争机制的蚁狮优化算法 被引量:17
16
作者 景坤雷 赵小国 +1 位作者 张新雨 刘丁 《智能系统学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期236-242,共7页
针对蚁狮优化算法易陷入局部最优、收敛速度慢的缺点,本文提出一种具有Levy变异和精英自适应竞争机制的蚁狮优化算法。利用服从Levy分布的随机数对种群较差个体进行变异,可改善种群多样性提高算法的全局搜索能力;精英自适应竞争机制使... 针对蚁狮优化算法易陷入局部最优、收敛速度慢的缺点,本文提出一种具有Levy变异和精英自适应竞争机制的蚁狮优化算法。利用服从Levy分布的随机数对种群较差个体进行变异,可改善种群多样性提高算法的全局搜索能力;精英自适应竞争机制使得多个精英并行带领种群寻优,提高了算法的收敛速度,为避免较大计算量,并行竞争的精英个数会随着寻优代数增加而减少。同多个改进算法进行比较,结果表明本文所提算法具有更好的寻优精度和收敛速度。最后将本文改进算法应用于硅单晶热场温度模型的参数辨识,仿真结果说明该算法具有较好的参数辨识能力。 展开更多
关键词 蚁狮优化算法 Levy变异 精英自适应竞争 收敛速度 硅单晶 参数辨识
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融合改进蚁狮算法和T-S模糊模型的噪声非线性系统辨识 被引量:17
17
作者 赵小国 刘丁 景坤雷 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2019年第4期759-766,共8页
针对传统的T-S模糊辨识方法难以准确辨识含噪声的非线性系统问题,将噪声信号和系统的其他输入变量一起作为模糊前件的输入,采用具有动态随机搜索和寻优半径连续收缩机制的改进蚁狮算法优化模糊前件的结构参数,使用加权最小二乘法实现模... 针对传统的T-S模糊辨识方法难以准确辨识含噪声的非线性系统问题,将噪声信号和系统的其他输入变量一起作为模糊前件的输入,采用具有动态随机搜索和寻优半径连续收缩机制的改进蚁狮算法优化模糊前件的结构参数,使用加权最小二乘法实现模糊后件的参数辨识.数值仿真表明,所提出的辨识方法可以有效抑制噪声的影响,经过改进蚁狮算法优化后的T-S模糊模型辨识效果更好.最后,将所提出方法用于直拉硅单晶生长热模型的辨识,实验结果表明该方法优于传统的辨识方法. 展开更多
关键词 蚁狮算法 T-S模糊模型 噪声 非线性系统 直拉硅单晶
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