漆包线超声波焊接的运动控制系统设计

摘要

漆包线作为内外连接的导体介质和部分基础元件，广泛应用于电子元器件、航空航天和汽车等产品中。当漆包线的末端和金属终端需要实现连接时，传统的连接方法在焊接质量、焊接效率、焊接成本等方面难以满足要求，这使得漆包线的连接问题一直是一个工业难题。
　　本文针对传统漆包线连接方法的缺点与不足，提出了超声波焊接工艺。搭建了能够实现漆包线超声波焊接的工艺实验平台，主要包括力位控制平台、超声振动系统以及加热台。漆包线超声波焊接是一个比较复杂的控制过程，其关键是焊接过程中位置的控制、力的控制及力位切换的控制，基于这些关键点，着重设计开发了位置控制环路和力控制环路，并在此基础上实现了力位切换控制，基本满足了漆包线焊接的位置控制精度和力的稳定性要求。
　　位置控制系统中，设计了基于经典PID加速度前馈的位置控制框架，对比了常见速度规划算法并选取了三角形速度规划信号。为了得到更好的跟随响应和动态性能，引入了模糊控制，结合PID和模糊控制各自的优点，提高了位置控制环精度。对于力控制系统，常见的有闭环力控制和开环力控制两种方法。本文从实际成本、实现方式和控制效果三方面做了比较，结合实际情况选择了开环力控制方法。分析了直接力位切换和带速度环的力位切换，提出了相应的控制框架和思路，并通过实验验证了两种方法的力位切换效果。同时对位置偏差作为切换条件进行了分析。采用带速度环的力位切换控制，力波动由原来的±58g降低到了±5g。
　　最后进行了整个焊接过程的工艺实验，验证了算法的正确性和系统的重复稳定性。系统在整个焊接过程中力位切换平稳，具有较好的位置精度和力的稳定性。

目录

第1章 绪 论

1.1课题背景、目的和意义

1.2 漆包线微焊接研究现状

1.3 位置与力控制研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 漆包线焊接系统平台设计

2.1 整体方案设计

2.2 实验平台搭建

2.3 超声漆包线焊接工艺分析

2.4 本章小节

第3章 漆包线焊接位置控制设计

3.1 音圈电机建模与仿真

3.2 位置环控制器设计

3.3 位置环速度规划器设计

3.4 本章小结

第4章 力位混合控制设计

4.1 力位混合控制

4.2 直接力位切换控制器设计

4.3 直接力位切换控制实现

4.4 带速度环的力位切换设计

4.5 带速度环的力位切换实现

4.6 本章小节

第5章 实验与分析

5.1焊接头位置控制性能测试

5.2 位置偏差对力位切换的影响

5.3 稳定性测试

5.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢