开题报告-焊线机焊接压力控制系统设计.docx

编号： 毕业设计(论文)开题报告题 目： 焊线机焊接压力 控制系统设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 讲 师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2016年02月26日8毕业设计（论文）开题报告1本课题的研究内容、重点及难点研究内容全自动超声波金丝球焊线机是微电子封装设备中的核心设备，它是集精密机械、自动控制、图像识别、计算机应用、光学、超声波焊接等多领域技术于一体的现代高科技微电子生产设备。利用超声波焊线技术，在压力、超生波能量的共同作用下，用细小的金线连接IC芯片电极与框架上的焊盘。超声波金丝球焊线机控制系统包括电源模块、运动控制模块、人机接口模块、图像采集模块、超声控制模块、温度控制模块、焊接压力控制模块，这么多模块分工明确，各有千秋。但在焊接的过程的，焊接压力的大小、焊接压力的时间长度等过程对焊接的质量起着决定性的作用，因此保证焊接时压力的稳定对提高焊接质量有着至关重要的作用。所以本设计的着重点为焊接压力控制系统的设计。研究重点及难点重点：（1） 压力控制系统的压力检测，要能准确的检测到压力的大小。 （2） 压力控制系统的动力的产生，要使得压力的范围满足要求。（3） 压力控制系统的控制策略，要使得压力能够更快更准的符合要求。（4） 压力控制系统的供电，取电要方便，供电要平稳。难点：（1） 如何去设计动力的产生和控制，做到小电流驱动大电流。（2） 如何选择和设计控制算法，做到稳准快。（3） 整个系统的结构设计。2准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）研究概况及发展趋势随着计算机技术的迅猛发展，计算机在工业控制中的应用也越来越广泛。如今计算机控制已经广泛应用于各行各业。通过不断的实践、总结及创新，计算机控制理论也不断地得到完善，涌现出各种先进实用的计算机控制算法。目前，国内外主要采用典型PID控制、最优控制、自适应控制和智能控制理论来实现压力控制系统的算法设计。（1） 典型PID控制理论PID控制器自产生以来，一直是工业生产过程中应用最广、也是最成熟的控制器。目前大多数工业控制器都是PID控制器或其改进型。尽管在控制领域，各种新型控制器不断涌现，但PID控制器还是以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点处于主导地位。对PID控制器的设计和应用，核心问题之一是参数的整定。近年来，PID控制器的参数整定方法和技术也在不断的发展之中，常用的PID参数整定方法有：常规Z-N整定法、基于模糊控制的PID参数整定法、基于小波神经网络的PID参数整定法以及基于遗传算法的PID参数整定法等。这些整定方法利用了其它先进的控制理论，使得PID控制器工作更稳定，效果更佳。（2） 最优控制理论在20世纪50年代后期，贝尔曼（Bellman）和庞特里亚根（Potryagin)等人提出了最优控制理论。该理论指出许多设计问题可以转化为最优化问题。最优控制要解决的问题主要可以归结为：其一，利用最优控制的办法，寻找最优设定值或最优的工况：其二，设出最优调节器，计算机参与在线控制，保证工况稳定在设定值上。由于最优控制通常需要繁杂的数学运算，需要精确的数学模型，尽管最优控制的理论研究达到了相当高的水平，但在工业中应用还是有一定的难度。随着大批性能优良、价格低廉的微型计算机投放市场，以及数字滤波、系统辨识的深入研究，最优控制将会越来越广泛地应用到实际工程中去。（3） 自适应控制理论所谓的自适应控制就是不论外界发生巨大变化或系统产生不确定性，控制系统能自行调整参数或产生控制作用，使系统仍能按某一性能指标运行在最佳状态的一种控制方法。用数字计算机来实现一个控制器时，就能够实现比较复杂的控制算法，自然包括参数估计方法和控制设计算法。用这种方法可以获得自适应算法，即确定数学模型，实行控制系统的在线设计。自适应控制的研究起源于20世纪50年代中期，20世纪70年代，自适应控制的工业应用得到论证，职得了重要的进展。在今天，自适应控制理论在工业控制领域仍然有着广泛的应用。（4） 智能控制理论智能控制是20世纪80年代兴起的一种控制理论，它能够在无人于预的情况下自主地驱动智能机器实现控制目标因此，它能够解决复杂的工程控制问题，特别是那些难以建立被控对象精确数学模型的问题。在实际的工程应用中，常用的智能控制方法有：模糊控制、神经网络控制以及遗传算法控制。目前，国内压力控制系统的自动控制主要还是采用典型PID控制器来实现，自适应控制、智能控制等控制理论也不断地得到应用，但总体水平都不高，应用在实际工程项目中的还不是很多。综合考虑各种因素，选用典型PID控制器作为焊接压力的控制核心，完成金丝球焊线机焊接压力控制系统的控制。主要参考文献1 胡寿松 .自动控制原理M. 北京：科学出版社，20072 贾伯年，俞朴 .传感器技术M. 南京：东南大学出版社，20003 康华光 .电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，19994 谭浩强 .C语言设计教程M. 北京：清华大学出版社，20075 陈燕秀 .基于单片机的压力测量控制系统研发J. 微计算机信息，2008，(24):102-1066 吴勇刚，王晓初，杜昌源，等 .超声波金丝球焊线机焊接压力控制系统设计J. 信息化纵横，2009，(14):67-737 李勇，丁凡，李其波，等 .电磁铁力特性测试系统的研究J. 传感技术报，2007，(20):2353-23568 吴雪文 .金丝球焊线机数字式焊接压力控制系统的研究与设计D. 广东工业大学，20129 吴杰 .超声波铝线焊线机焊压系统的设计与研究D. 合肥工业大学，200510 HARMAN G，ALBERS J. The ultrasonic welding mechanism as applied to aluminumand gold wire bonding in microelectronics. IEEE Trans，Hybrids Package ,PHP-13(1977)406-412.现有设备和实验条件个人计算机、51单片机开发板、STM8开发板、STM32开发板、示波器、直流稳压电源、数字万用表、开放实验室3实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料实施方案焊线机控制系统的硬件设计如图1所示。硬件设计时，为了便于调试，采用模块化设计，主要包括中心控制器模块、在线检测的焊接压力模块、预先设置的焊接压力输出模块、计算机通信模块、输入及显示模块等5个部分。单片机焊接压力检测焊接压力输出输入及显示计算机图1 系统组成本设计是以单片机为核心的控制系统，即以单片机作为调节器，辅助以配套的 A/D、D/A 转换单元及电路，通过执行数字 PID 程序实现焊接压力的自动调整。其结构框图如图2所示。A/D图2 控制原理结构框图单片机D/A电磁铁驱动电磁铁压力传感器给定值输出具体的工作过程是：设定欲稳定的电磁铁的磁力大小，通过压力检测元件获取当前电磁铁压力值，经模数转换芯片将模拟信号转换为数字信号，送到单片机与设定值进行比较，得到偏差信号。该信号经过调节器做PID运算后，通过数模转换器将调节压力信号由数字信号转换成模拟信号。由于螺线管线圈中的电流与电磁铁磁力成正比，通过调节螺线管中的电流大小，进而控制电磁铁磁力大小，从而达到稳定电磁铁磁力大小的目的。进度实施计划第一阶段（2月28日至3月6日）：方案设计，查找资料，画出原理框架图。第二阶段（3月7日至3月13日）：方案论证。第三阶段（3月14日至4月1日）：硬件设计布局，器件选型，进行调试。第四阶段（4月2日至5月15日）：软件编程并与硬件进行联调，最后提交该电路板。预期提交的毕业设计资料1、撰写两万字以上的毕业设计说明书（附15篇以上的参考文献）；在毕业设计说明书中应