直拉单晶炉晶体生长的核心要点是控制单晶炉热场温度。因此,单晶生长过程中,对热场温度控制的效果,将直接影响单晶生长过程和单晶质量。通过调节加热功率,使加热功率围绕热场温度与参考温度的偏差进行调整,提供晶体生长所需的最佳温度环境是我们研究的主要目的。本文通过讨论单晶炉的物理结构、工艺流程和控制系统,分析晶体生长热平衡和热流动规律,并基于晶体生长过程中加热功率与热场温度的实测数据,初步掌握了单晶炉加热功率与热场温度的变化规律,建立了一个基于热平衡规律的单晶炉热场“加热-升温”模型。使用Simulink Design Optimization工具箱,基于实测数据和生产经验对单晶炉热场“加热-升温”模型的未知参数进行辨识优化,得到了较精确的单晶炉热场模型。单晶炉是一个典型的非线性复杂对象。本文运用多模型策略,采用分段线性化的方法对单晶炉晶体生长主要工艺阶段的热场温度模型进行了分段和建模。用微偏法对各个分段模型进行线性化,采取模型切换策略对分段模型进行合成,替换原非线性模型。并设计利用模型预测控制的方法,仿真单晶炉晶体生长过程中,用输出温度与参考温度的偏差来控制调节加热器功率的过程。通过仿真我们可以看到,其稳定性、适应性都强于常规的PID控制。希望这种方式的探索能对单晶炉工艺自动化改进有所帮助。