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        PCB板V割設(shè)備切割刀頭深度的PID控制

        2014-11-03 13:41:48莫玉華
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年32期
        關(guān)鍵詞:PID控制

        摘 要:隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步,電子產(chǎn)品越來(lái)越趨向于微型化,因此對(duì)PCB產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了更高的要求。企業(yè)通常是大板批量生產(chǎn),然后進(jìn)行分割處理,生產(chǎn)過(guò)程中,精準(zhǔn)控制切割設(shè)備成為了關(guān)鍵,其中切割刀頭深度控制也是文章重點(diǎn)需要研究的范圍。文章主要就切割深度的PID控制作研究設(shè)計(jì)。

        關(guān)鍵詞:PCB切割;PID控制;刀頭深度

        使用高效的切割設(shè)備可以避免分割PCB板損害的發(fā)生,同時(shí)提高工作效率,有些切割設(shè)備可微調(diào)PCB板厚度,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同型號(hào)和不同材質(zhì)的PCB板切割。但微調(diào)后,只是人為的設(shè)定切割刀的下移路徑起止位置,無(wú)法自動(dòng)控制切割刀下移速度。另外,切割設(shè)備采用上下圓刀的方式(剖面圖如圖1),不合理的切割控制常常會(huì)使兩個(gè)切割刀相撞,損害切割刀頭。

        為解決上述問(wèn)題,本系統(tǒng)采用編碼器和PID閉環(huán)控制原理控制連接切割器刀頭的步進(jìn)電機(jī),使切割刀的下移速度及下移位置可以根據(jù)被切割板的實(shí)際情況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),解決切割PCB板V槽的深淺問(wèn)題,有效保護(hù)切割器刀頭。

        編碼器是將角位移或線位移轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的裝置。按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩類。這里使用的增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào),再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖,用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。

        PID的系統(tǒng)模擬框架如圖2所示。

        圖1 刀頭切割剖面圖 圖2 PID系統(tǒng)模擬框架

        由圖2所示,輸入信號(hào)r(t)與輸出信號(hào)y(t)之間的反饋差分信號(hào)量e(t)經(jīng)過(guò)比例、積分和微分處理,成為原控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)信號(hào)量,如公式:

        上式中,Kp為比例調(diào)節(jié)系數(shù),Tl為積分時(shí)間,TD為微分時(shí)間,uo為初始調(diào)節(jié)信號(hào)量。根據(jù)實(shí)際情況,本系統(tǒng)重點(diǎn)使用PI調(diào)節(jié),即比例積分調(diào)節(jié)。如圖3所示。

        圖3 比例積分調(diào)節(jié)方塊圖

        編碼器的反饋信號(hào)Uf串聯(lián)在切割刀控制信號(hào)Ui上,它們的差值為Uc,模塊2將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào),其輸入電壓Ur是Uc積分和比例效果的疊加。在切割PCB板之前,操作人員首先用游標(biāo)卡尺測(cè)量PCB板厚度值并輸入V割設(shè)備中。如果整個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)無(wú)積分效果,電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電壓將很大、啟動(dòng)過(guò)程變得很快,系統(tǒng)依靠輸入電壓與反饋電壓的差值進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,因此屬于比例調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)的階躍性強(qiáng),系統(tǒng)震蕩性大,調(diào)節(jié)效果不好。但是,當(dāng)有積分控制的存在時(shí),只要信號(hào)有一點(diǎn)變動(dòng),就會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的輸入信號(hào)Ur,控制信號(hào)較平滑,做到無(wú)靜差控制。另外,模塊3為驅(qū)動(dòng)模塊,它將控制信號(hào)進(jìn)行放大后驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速與預(yù)想值接近,反饋信號(hào)Uf與控制信號(hào)Ui將無(wú)差值,系統(tǒng)穩(wěn)定。

        切割過(guò)程中,編碼器測(cè)量步進(jìn)電機(jī)所連接切割刀頭的直線位移并轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào),當(dāng)兩切割刀頭距離較PCB板厚度較大時(shí),反饋信號(hào)與控制信號(hào)之間的差值較大,系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)快。當(dāng)編碼器測(cè)量步進(jìn)電機(jī)所連接切割刀頭接近PCB板并準(zhǔn)備切割時(shí),反饋信號(hào)與控制信號(hào)之間的差值逐漸減小,使切割刀頭的下降位移速度減緩,最終當(dāng)編碼器測(cè)量的步進(jìn)電機(jī)所連接刀頭與切割前測(cè)量的厚度一致并完成切割時(shí),反饋信號(hào)與控制信號(hào)之間的差值為零,系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)停止位移(控制刀頭位移的框圖如圖4所示)。

        上述動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)切割刀下一速度與下移位置的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié),有效切割,保護(hù)切割刀頭。

        經(jīng)過(guò)調(diào)試驗(yàn)證,該設(shè)計(jì)切割刀頭深度精度達(dá)到0.001mm,符合實(shí)際工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn),很好地解決了涉及到的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。取得了較為理想的切割效果,有較強(qiáng)的應(yīng)用推廣價(jià)值。

        參考文獻(xiàn)

        [1]劉川,劉景林.基于Simulink仿真的步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)分析[J].測(cè)控技術(shù),2009,28(1):49-54.

        [2]孫浩,李大海,高鮮妮,等.基于模擬閉環(huán)的步進(jìn)電機(jī)位置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].機(jī)床與液壓,2009,37(1):78-83.

        作者簡(jiǎn)介:莫玉華(1979,3-),籍貫:江蘇常州,職稱:講師,工作單位:江蘇省常州技師學(xué)院電氣工程系,專業(yè):應(yīng)用電子技術(shù),研究方向:電氣工程。

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