基于RBF-PID的熱風回流焊溫度控制研究

李春紅 單鵬 頡彥強

摘 要：“RBF-PID”是一種用于控制溫度、水位以及速度等的一種控制系統，其具有控制結構簡單、反應速度快的優點。但是在使用之前，需要先明確的PID控制器的相關參數才能使用PID對溫度進行控制，再加上PID的參數需要借助相關的專業人員才能獲取，從而導致PID有時會出現控制力度以及準確性不高的情況出現。本文主要基于RBF-PID，對熱風回流焊溫度控制進行研究。

關鍵詞：RBF-PID;熱風回流焊;溫度控制;研究

電子產品的質量和性能穩定性在很大程度上取決于電路板的焊接質量。電路板的焊接已從小批量手工焊接發展到大批量的機器焊接。目前，企業常用的焊接設備主要包括回流焊和波峰焊。回流焊接是表面組裝過程的核心過程，也是最廣泛使用的批量生產焊接技術。回流式焊機的熔化和溫度會直接決定電子器件的焊接質量與電路板性能。據統計，回流焊機焊接溫度不當造成的焊接缺陷主要包括虛焊和元器件損壞。因此提高回流焊機的溫度控制準確性在提高焊接質量方面起著舉足輕重的作用，回流焊機的焊接溫度精度與系統本身的參數和控制算法有著非常密切的關系，研究回流焊機的數學模型并選擇合適的溫度控制算法具有重要的工程實際意義。

1.建立回流焊機溫度系統數學模型

一般烤箱的內部從左到右分為8個溫度區，其中溫度區1和2是加熱區，將要連接的電路板進入充電機器在該地區很熱;溫度區域3、4和5用于蓄熱區域，根據熱空氣接點RBF-PID的溫度控制進行加熱RBF-PID 33，電路板在該區域中被均勻加熱;溫度區域6和7是補充區域，即聯合區域;最后的第8個溫度區是冷卻區。列鏈驅動PCB電路板以均勻的速度通過烤箱內膽安裝。

為了簡化充填接頭溫度控制系統的數學模型，做出以下假設：1）爐壁和爐壁被絕緣石棉隔開，并且不考慮彼此之間的熱交換;2）同一溫度區域內的空氣成分相同，即同一溫度區域內的空氣物理參數相同。在同一溫度區中的空氣對流過程中，僅進行質量交換而沒有熱交換。3）相同的溫度區域是一個整體，盡管溫度區域邊緣的溫度變化很小，但所有內部點的溫度都相同。根據熱力學第一定律，當將某個溫度區域視為一個整體時，流入和流出該溫度區域的能量將得到保留。如下所示：

Q4= Q4 out（1）Q4 in = ChHh（t）（t-Td）（2）Q4 out = Q3-4+ Q4-5+ Q烤箱壁+ QPCB +鏈Q =ρCρVin（t）（T4-T3）+ρCρVin（t）（T5-T4）+ hcAc（t）（T4-Tout）+ρbCbVb（t）（T4- T3）+ρbCbVb（t）（T4-T5）+ρlClVl（t）（T4-T3）（3）Vb（t）= vst（4）

其中：輸入Q4和輸出Q4分別是輸入熱量和出口第四溫度區;爐壁Q3-4，Q4-5和Q分別是從第四溫度區到第三溫度區，第五溫度區和爐壁的輻射熱。 QPCB和Q鏈是從PCB板接收的熱量，而鏈去除的T5，T4和T3分別是溫度區5、4和3的瞬時溫度，它們隨時間變化。 Ch是補給熱源的電導率;Hh（t）是設備輸出的熱量輸出函數;ρ是空氣的密度，1.2 kg / m3;Cρ是煤氣爐在一定體積下的比熱容。1.005 J /（kg ℃）[10]; hc是填充接頭的隔熱層與烤箱溫度區中的氣體之間的熱交換系數; Ac是筆芯耦合機隔熱層的面積，m2; Vin是PCB板的流量直流耦合機爐膛中的空氣流量m3/ s;ρb是PCB基板的密度，1.9 g / cm3; Cb是PCB基板在恒定體積下于20℃，1。28 kJ /（kg ℃）FR-4銅材料的比熱容[11]; Vb是單位時間內通過補料機第三個溫度區的PCB板的體積，m3; v是傳送帶的傳送帶速度，m / s; S是PCB板的橫截面積，m2; t是時間，s;。合成公式（1），（2），（3）和（4）并進行適當的變換，以獲取填充點耦合溫度第四區域中的動態溫度模型關系。

2.RBF控制

2.1RBF神經網絡

是前面的三層網絡，由輸入層，輸出層和隱藏層組成。具有最強的逼近能力和克服局部最小值的能力。輸入隱藏層與其他隱藏層之間的映射關系稱為非線性映射，輸入隱藏層分別對應于目標溫度，實測環境中的溫度和目標環境中的溫度偏差 ek ，隱藏層與其他輸出隱藏層之間的映射關系稱為映射線性層和其他輸出隱藏層分別為映射線性系數 kp ，積分系數 ki 和微分系數 kd，通過動態參數調整找到近似的最佳PID參數，以獲得最佳的近似性能。

2.2RBF-PID 控制系統設計原理

RBF-PID神經網絡是一種擁有強大的機器人學習及其自適應能力的新興技術，可以收斂到最優的全局解。因此，它可用于在線調整PID控制器的設置，以補償PID控制器設置的不足，該不足不會隨外部參數的變化而改變。它是具有自適應和自我調節功能的控制器。許多研究人員將基本徑向函數神經網絡與PID控制算法相結合，并將其應用于控制系統，取得了良好的效果。基于此，本文將RBF和PID結合起來用于充電合溫度控制系統中，該系統的控制原理如下所示：

結語

“RBF-PID”是一種用于控制溫度、水位以及速度等的一種控制系統，其具有控制結構簡單、反應速度快的優點。但是在使用之前，需要先明確的PID控制器的相關參數才能使用PID對溫度進行控制，再加上PID的參數需要借助相關的專業人員才能獲取，從而導致PID有時會出現控制力度以及準確性不高的情況出現。因此提高回流焊機的溫度控制準確性在提高焊接質量方面起著舉足輕重的作用，回流焊機的焊接溫度精度與系統本身的參數和控制算法有著非常密切的關系，研究回流焊機的數學模型并選擇合適的溫度控制算法具有重要的工程實際意義。

參考文獻：

[1]季鵬， 劉維亭， 張懿，等. 基于RBF神經網絡的船舶電站PID控制器研究[J]. 重慶理工大學學報（自然科學）， 2020（2）.

[2]張雯， 王耀弘， 周中木. 一種基于RBF神經網絡的溫度控制系統設計[J]. 中國計量， 2020（5）：87-89.

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