基于EKF的热压焊温度控制方法建模与仿真

作     者：曾敏 谢剑醒 李智涛 杨辉 ZENG Min;XIE Jianxing;LI Zhitao;YANG Hui

作者机构：华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510640 

出 版 物：《华南理工大学学报（自然科学版）》 (Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition))

年 卷 期：2023年第51卷第9期

页      面：11-18页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：广东省自然科学基金资助项目(2021A1515011773) 广东省企业科技特派员专项(GDKTP2021024300) 

主　　题：热压焊 温度控制 扩展卡尔曼滤波 模拟仿真 

摘      要：热压焊是一种应用于电子元器件的焊接方法,热压焊头温度的稳定性是焊接质量的决定性因素。热压焊接时间短,热电偶测温热惯性及随机噪声对热压焊过程温度控制有较大影响。文中研制了一种以STM32F407微处理器为核心的热压焊电源,设计了电源的主电路与控制系统;通过对热电偶的延迟响应和时间常数误差的分析,设计了一种基于扩展卡尔曼滤波器(EKF)的热压焊控制方法,实现了脉宽调制以及输出温度的稳定控制;分析了热压焊头的加热和热辐射效应,建立了热压焊头的温度模型,并以上述的主电路和控制方案为基础,建立了热压焊系统仿真模型,验证控制方法的有效性。搭建热压焊系统试验平台,按照仿真模型设定的工艺参数进行试验,将仿真温度波形与试验测量波形进行对比分析。结果表明:仿真与试验温度波形趋势呈现相同变化规律,相较于仅PID控制,基于EKF的控制方法具有更短的调节时间,减少了有效噪声对热压焊系统的影响,提高了温度控制的稳定性;该热压焊系统仿真模型为热压焊电源设计提供了一种参考模型;最后进行了FPC与PCB板、同轴线与LED电路板热压焊试验,实现了元器件的可靠连接。