基于热平衡机理的多温区动态建模及控制研究

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近年来,SMT技术发生了巨大的变化,相应地给回流焊工艺提出了新的要求:采用先进的热传递方式和控制方法,达到提高温度性能指标,节约能源的目的。为了更精确细致地掌握热风回流焊机的控温过程,本文建立了基于传热学的热风回流焊机机理模型——多温区对象的动态数学模型,并在此模型基础上研究了温度控制算法。 通过分析热风回流焊机的物理结构、工作原理,将其工作时间段分为三个工况,热风回流焊机经过这三个工况后,温度逐渐达到稳定。从热风回流焊机各个温区的加热机理出发,根据温区热平衡方程和基本传热学方程,分别建立了针对三个工况的动态数学模型。数学模型以状态空间方程为表达方式。根据现场采集的模型输入输出数据,对动态数学模型进行了检验,检验结果表明,动态数学模型的误差控制在比较小的范围之内,所建立的数学模型具有很高的应用价值。 在现场调试过程中,曾有过温区之间相互窜温现象,这就证实控制对象各温区之间存在相互影响,而建立的动态数学模型也说明输入量和输出量之间有耦合,本文采用了求逆矩阵法设计了解耦补偿器,使得输入量与输出量之间形成了一一对应,消除了多变量耦合,这对设计对象控制器提供了便利。 针对解耦后的控制对象,提出用单神经元PID自适应算法代替传统PID算法进行控温,单神经元PID自适应算法实现起来并不复杂,而且根据仿真效果来看大大优于传统PID算法的控制效果,在控制器资源比较紧缺的条件下提高了效率。
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