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。
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。
中图分类号:
曾敏, 谢剑醒, 李智涛, 等. 基于EKF的热压焊温度控制方法建模与仿真[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2023, 51(9): 11-18.
ZENG Min, XIE Jianxing, LI Zhitao, et al.. Modeling and Dynamic Simulation of Temperature Control Method for Hot Bar Soldering Based on Extended Kalman Filter[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2023, 51(9): 11-18.