激光软钎焊过程温度的模型预测控制研究

摘要

在激光光软钎焊过程中，焊点温度的精确控制对焊接质量至关重要。现有的激光软钎焊的焊接温度控制基于比例积分微分Proportional-Integral-Derivative(PID)控制实现。传统的PID控制方法因其固定参数，无法有效应对钎料比热容和激光吸收率随温度变化的问题。在使用传统PID控制温度的过程中，降低了系统的响应速度和控制精度，实际输出的温度与目标温度的误差值偏大，输出功率波动也比较大。为此，文章提出了一种基于模型预测控制Model-Predictive-Control(MPC)的温度控制方法，通过利用过程模型预测未来的温度变化，能够动态调整控制参数，减少了PID面对温度变化时候的滞后或过冲问题。实验结果表明，MPC方法显著提升了焊点的温度控制精度，其温度误差方差值为PID控制的32%,最大绝对误差为PID控制的67%。这些改进有效提高了钎料的润湿性和流动性，改善了焊点的均匀性和焊接质量，显著提升了激光软钎焊的良品率。

关键词

激光软钎焊 / MPC控制 / 温度控制 / 传热学模型

基金资助

国家自然科学基金资助项目(62272112); 广东省自然科学基金资助项目(2023A1515011998)