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激光软钎焊自适应温度控制算法研究

激光软钎焊自适应温度控制算法研究

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作者：洪培清广州大学

学位级别：硕士

激光软钎焊技术是一种现代的新型焊接技术,具有传统焊接所不具备的优势:非接触式加热,局部加热,灵活且易于实现自动化,工艺参数精确可控等。随着电子产业升级迭代,工艺对焊接点质量要求也越来越高。为了能更好的获得良好的焊接质量,本... 详细信息

激光软钎焊技术是一种现代的新型焊接技术,具有传统焊接所不具备的优势:非接触式加热,局部加热,灵活且易于实现自动化,工艺参数精确可控等。随着电子产业升级迭代,工艺对焊接点质量要求也越来越高。为了能更好的获得良好的焊接质量,本论文以焊接温度作为焊接质量的表征。为了提高激光软钎焊的温度控制精度,本文从焊接点激光加热下的数学模型建立和温度控制方法优化两方面展开研究。本文首先对焊接过程中单焊点激光功率-焊接温度之间的传热学过程进行建模。从锡膏中任意取出一个微元平行六面体来做能量收支平衡的分析,根据傅里叶定律和能量守恒定律,得到微元体内能增量的表达式,进而得到焊接过程中锡膏的内能增量表达式。根据集中参数法,得到单焊点的散热数学模型,在散热模型基础上引入激光功率,得到单焊点加热数学模型,并通过实验仿真对比验证了模型的有效性。基于该模型,本文设计了自校正pid控制算法和模型预测控制(MPC)算法,用于焊接点焊接过程的温度控制。针对所提出的时变数学模型,传统pid参数整定是个难点,自校正pid算法采用极点配置的方法在每个采样周期重新计算pid参数,以保证系统的闭环极点始终在预设极点附近,从而确保焊接过程的稳定性和可靠性。实验分析和对比结果表明自校正pid算法比常规pid算法响应更快,控制精度更高,更稳定。另一方面,MPC算法相较于pid控制方法,可以更好地处理系统的滞后性和不确定性。采用MPC算法进行温度控制,不仅利用当前和过去的误差值,还利用预测模型来预估过程未来的误差值,通过滚动优化确定当前的最优输入策略。这种预测和优化能力使得MPC算法能够更好地适应系统的动态变化,提高控制性能。实验分析和对比结果表明MPC算法比pid算法响应更快,控制精度更高,焊接过程中控制信号曲线更加平滑。焊接点数学模型的建立,有利于温度控制方法的优化,使用模型在软件上进行仿真,可在一定程度上代替实验,为激光软钎焊技术的研究带来了方便。自校正pid算法和MPC算法的设计,提升了温度控制精度,从而提升了焊接点质量,对实际工业生产具有重要意义。

关键词：激光软钎焊焊接点温度控制自校正pid算法 MPC算法

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