[发明专利]一种激光软钎焊设备焊接过程中的温度控制方法

说明书

本发明涉及焊接控制领域，且公开了一种激光软钎焊设备焊接过程中的温度控制方法，在一个精确的数学模型的前提下，对模型进行离散化，列出离散化公式并进行Z变换，得到每个周期的被控对象；在每个周期内，将PID控制器和被控对象串联，求出闭环传递函数，进行极点配置，计算出控制器参数；对第一个加热周期进行误差计算，将误差输入到下一周期的PID控制器进行运算，得到结果值为激光功率；以此类推，以保证每次的误差在一个可控的范围内。经过实验，结果证实了本文提出的自校正PID控制方法在控制精度和调节时间上有了明显的提升。且本发明相对于固定参数PD控制算法来说，提高了系统的响应速度和控制精度，且功率控制量更为平滑，耗能更少。

技术领域

本发明涉及焊接控制领域，具体为一种激光软钎焊设备焊接过程中的温度控制方法。

背景技术

随着集成电路产品向微型化方向发展，表面组装元件引脚间距和焊盘尺寸越来越小，电路

结构越来越复杂，这使得表面组装元件的可焊区域越来越细，诸多研究者在寻求解决方法时，发现激光软钎焊技术可以很好的解决这一难题。激光软钎焊过程包括四个阶段：第一阶段，激光对锡膏进行加热，从常温加热到开始熔化；第二阶段，激光继续对锡膏进行加热，待锡膏完全熔化变成液态锡；第三阶段，对液态锡进行加热直至一定温度；第四阶段，停止加热，冷却至常温，形成焊点。这四个过程的温度控制都是很严格的，必须使得实际温度和目标温度相一致，才能形成高质量的焊点。因此，在焊接过程中对温度的控制至关重要，我们应尽量减小或者消除焊接过程中实际温度和目标温度的误差值。

温度控制是一个十分复杂的技术问题，温度控制的方法有很多种，传统的温度控制方法是基于系统数学模型的位置式PI控制，但使用该方法控制效果并不是特别理想，整个控制过程误差值的方差偏大，输出功率也比较振荡，使用自校正PID控制器焊接效果明显得到改善，误差变小了，输出功率曲线也比较顺滑，提高了系统响应速度和控制精度。但是现在大多数机器所使用的温度控制方法依然为传统PI控制方法，因而该方法暂未得到大规模的推广使用，为此我们提出了一种激光软钎焊设备焊接过程中的温度控制方法。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种激光软钎焊设备焊接过程中的温度控制方法，以区别传统的PID控制方法，不用我们人为去调节PID的参数，采用极点配置的方法，控制器会自动计算出合适的PID参数。由于本系统的某些参数会随温度而变化，因此，采用离散化的方法，在一个控制周期都会重新计算PID参数，与传统PID控制器固定参数有所区别。

(二)技术方案

为实现上述所述目的，本发明提供如下技术方案：一种激光软钎焊设备焊接过程中的温度控制方法，包括以下步骤：

第一步：在一个精确的数学模型的前提下，对模型进行离散化，列出离散化公式并进行Z变换，得到每个周期的被控对象；

第二步：在每个周期内，将PID控制器和被控对象串联，求出闭环传递函数，进行极点配置，令特征多项式为期望特征多项式，计算出PID控制器参数；

第三步：对第一个加热周期进行误差计算，将误差输入到下一周期的PID控制器进行运算，得到结果值为激光功率；

第四步：以此类推，以保证每次的误差在一个可控的范围内。

优选的，所述PID控制器为自校正PID控制器，在现有基础数学模型的基础上，使用极点配置方法设计完成，采用增量式PID控制：

故ΔP(k)＝P(k)-P(k-1)＝g₀e(k)+g₁e(k-1)+g₂e(k-2)；