自整定PID溫度控制策略在FOG邦定機(jī)中的應(yīng)用

趙 瑩，郭曉妮

（太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原030024）

自整定PID溫度控制策略在FOG邦定機(jī)中的應(yīng)用

趙 瑩，郭曉妮

（太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原030024）

液晶模組FOG生產(chǎn)工藝中ACF的膠固化和粘結(jié)強(qiáng)度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。而邦定中溫度曲線的控制是影響ACF膠固化和粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)鍵，合理的控制溫度曲線可以避免ACF邦定過(guò)程中針孔和氣泡的產(chǎn)生；通過(guò)采用自整定PID控制策略合理有效的控制了溫度曲線，達(dá)到了理想效果。

液晶顯示設(shè)備；柔性電路板邦定至玻璃；PID控制；

液晶顯示器（Liquid Crystal Display，LCD）的模塊生產(chǎn)已經(jīng)成為重要的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，其中邦定工藝是LCD模塊生產(chǎn)過(guò)程中很重要的一道工藝。FOG邦定機(jī)是將軟性電路控制板（FPC）透過(guò)ACF邦定在LCD上，邦定過(guò)程中溫度的精密控制至關(guān)重要。溫升的速度決定ACF固化后的表面質(zhì)量，峰值的溫度則決定固化后的粘接強(qiáng)度。粘結(jié)溫度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響比時(shí)間對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響更重要，在給定的固化溫度下，隨著固化時(shí)間的增加，剪切力小幅度增加，但當(dāng)固化溫度升高時(shí)，相同固化時(shí)間里剪切強(qiáng)度卻明顯增加，但過(guò)快的升溫速率有時(shí)會(huì)出現(xiàn)針孔和氣泡。因此為了保證理想表面質(zhì)量和粘接強(qiáng)度，同時(shí)避免氣泡的產(chǎn)生，合理溫度控制曲線就顯得非常重要。

1 FOG邦定機(jī)

FOG邦定機(jī)是一種用于將FPC與玻璃面板之間建立穩(wěn)定的機(jī)械和電氣連接的生產(chǎn)設(shè)備。它的邦定工藝大致分為：ACF邦定、預(yù)壓邦定、主壓邦定三個(gè)工序。ACF粘貼在LCD上，預(yù)壓邦定是讓FPC預(yù)先粘貼在LCD上，主壓邦定是讓FPC與LCD建立穩(wěn)定牢固的機(jī)械和電氣連接。溫度、壓力、時(shí)間是影響邦定工藝的關(guān)鍵點(diǎn)，其中溫度的影響至關(guān)重要，合理的控制溫度曲線能夠減少針孔和氣泡的產(chǎn)生，減少次品率。圖1為全自動(dòng)FOG設(shè)備外形布局圖。

圖1設(shè)備外形布局圖

2自整定PID

PID控制在生產(chǎn)過(guò)程中是最普遍采用的控制方法之一，尤其在溫度控制中。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。PID控制中關(guān)鍵的問(wèn)題是PID參數(shù)的整定。在實(shí)際應(yīng)用中，許多被控過(guò)程機(jī)理復(fù)雜，具有高度非線性，時(shí)變不確定性，純滯后等的特點(diǎn)，因此過(guò)程參數(shù)甚至模型結(jié)構(gòu)均會(huì)隨時(shí)間和工作環(huán)境的變化而變化。

2.1 PID控制原理

2.1.1模擬PID控制

在模擬控制系統(tǒng)中，按偏差的比例P，積分I，微分D進(jìn)行控制的PID控制器，其系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

圖2中，控制系統(tǒng)主要由模擬PID控制器和被控對(duì)象組成，給定值r（t）與實(shí)際輸出值y（t）構(gòu)成的控制偏差：

圖2 PID原理框圖

偏差的比例、積分、微分通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。其控制規(guī)律為：

寫成傳遞函數(shù)形式：

其中，Kp為比例系數(shù)，TI為積分時(shí)間常數(shù)，TD為微分時(shí)間常數(shù)。PID的3個(gè)校正環(huán)節(jié)作用如下：

比例環(huán)節(jié)：迅速反應(yīng)系統(tǒng)偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。Kp增大響應(yīng)速度增大，減小穩(wěn)態(tài)誤差。但Kp過(guò)大會(huì)使系統(tǒng)產(chǎn)生較大的超調(diào)。Kp減小系統(tǒng)的穩(wěn)定性增加，減小系統(tǒng)超調(diào)，但過(guò)小的Kp會(huì)使系統(tǒng)響應(yīng)速度緩慢。

積分環(huán)節(jié)：主要用于消除系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差，積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間Ti，Ti越小積分越強(qiáng)。積分系數(shù)越大，系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差越快。但積分系數(shù)過(guò)大，在響應(yīng)過(guò)程的初期將產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，造成響應(yīng)過(guò)程較大超調(diào)。積分系數(shù)過(guò)小，降低了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。

微分環(huán)節(jié)：主要改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，反應(yīng)系統(tǒng)偏差的變化率，預(yù)見(jiàn)偏差變化的趨勢(shì)，產(chǎn)生超前的控制作用。TD越大，微分作用越強(qiáng)，反之越弱。增大微分控制可加快系統(tǒng)響應(yīng)，是超調(diào)量減小，增加穩(wěn)定性。但微分作用同樣敏感，使系統(tǒng)抑制干擾能力降低。

2.1.2數(shù)字PID控制

數(shù)字PID控制采用計(jì)算機(jī)程序控制，具有很好的靈活性?？煞譃槲恢檬絇ID控制和增量式PID控制。數(shù)字PID控制結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3數(shù)字PID控制結(jié)構(gòu)圖

（1）位置式PID控制。它根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值就算控制量，因此積分和微分項(xiàng)不能直接使用，需離散化處理。現(xiàn)以一系列采樣時(shí)刻點(diǎn)KT代表連續(xù)時(shí)間t，以和式代替積分，以增量代替微分，得到PID控制器控制算法的離散形式為：

式中：

T為采樣周期

K為采樣序號(hào)，K=0，1，2…

u（k）為第K次采樣時(shí)刻的計(jì)算輸出值

e（k）為第K次采樣時(shí)刻的輸入偏差值

KI=：積分系數(shù)

KD=：微分系數(shù)

由Z變換的性質(zhì)：

式（5）的Z變換式為：

由式（6）得PID控制器的Z傳遞函數(shù)：

（2）增量式PID控制。增量式PID控制是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量Δu（k）。當(dāng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要的是控制量的增量時(shí)，可由式（5）導(dǎo)出增量PID控制算式，根據(jù)遞推原理得：

由式（5）、（8）得：

3 常規(guī)PID整定方法

根據(jù)研究方法的劃分，可分為基于頻域的PID參數(shù)整定方法和基于時(shí)域的PID參數(shù)整定方法；按照被控對(duì)象個(gè)數(shù)來(lái)劃分，可分為單變量和多變量PID參數(shù)整定方法；根據(jù)發(fā)展階段，可分為常規(guī)和智能PID參數(shù)整定方法。

目前，常規(guī)PID控制器參數(shù)整定方法有很多種，下面介紹一些常用的。

3.1 ZN整定方法

3.1.1 Z-N經(jīng)驗(yàn)公式法

大多數(shù)工業(yè)過(guò)程都能用一階慣性加純滯后模型來(lái)近似描述，從這點(diǎn)出發(fā)最小模型假設(shè)被控對(duì)象模型的傳遞函數(shù)為：

其中，K，T，τ分別為對(duì)象模型的開(kāi)環(huán)增益，慣性時(shí)間常數(shù)和純滯后時(shí)間常數(shù)。一個(gè)典型的PID傳遞函數(shù)為：

在最小模型假設(shè)下，得到整定PID參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式：

Z-N法最大的優(yōu)點(diǎn)就是方法簡(jiǎn)單，使用方便。但缺點(diǎn)是控制效果差。

3.1.2 Z-N臨界比例度法

與Z-N經(jīng)驗(yàn)法不同的是該方法不依賴對(duì)象的數(shù)學(xué)模型參數(shù)，而是總結(jié)了前人理論和實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)由經(jīng)驗(yàn)公式得到PID的最優(yōu)整定參數(shù)（臨界增益Ku和臨界振蕩周期Tu）。

臨界比例度法是在閉環(huán)情況下，把PID控制器的積分和微分作用先去掉，留下比例作用，之后加入一個(gè)擾動(dòng)，如果系統(tǒng)響應(yīng)是衰減的則增大比例增益重做實(shí)驗(yàn)，反之系統(tǒng)應(yīng)響的振幅不斷增大則減小Kp，在閉環(huán)系統(tǒng)做臨界等幅周期振蕩時(shí)比例增益Kp稱為臨界增益即Ku；此時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)的振蕩周期稱為臨界振蕩周期即Tu。ZN臨界比例度法參數(shù)整定公式如表1所示。

表1 ZN臨界比例度法參數(shù)整定

4　　結(jié)束語(yǔ)

全自動(dòng)FOG邦定機(jī)設(shè)備中PID自整定策略的應(yīng)用減少了邦定過(guò)程中針孔和氣泡的產(chǎn)生大大提高了設(shè)備的成品率，減少了不良品的數(shù)量，提高了行業(yè)的技術(shù)水平，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］ 范志新.液晶器件及工藝基礎(chǔ)［M］.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2002．

［2］ 劉萍.ACF在LCD中的應(yīng)用與發(fā)展［J］.電子工藝技術(shù)，2002，23（6）：236-238.

［3］ 陳軍.關(guān)于LCM中屏的不明原因OPEN的改善研究［D］.天津：天津大學(xué)，2007

［4］ 遲繼強(qiáng).智能PID參數(shù)整定及其在血糖控制中的應(yīng)用［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

Application of the Self-tuning PID Temperature Control Strategy in the FOG Binding Machine

ZHAO Ying，GUO Xiaoni
（Taiyuan Fenghua Information-Equipment Co.，Ltd.，Taiyuan 030024，China）

In the production process of LCD module FOG，adhesive curing and bond strength of ACF directly affects the quality of the products and performance.the control of temperature curve is a key to adhesive curing and the adhesive strength of ACF。Reasonable control temperature curve can avoid pinhole and bubbles In the process of ACF bonding。The article uses the self-tuning PID control strategy，reasonable and effective control of the temperature curve，reach the ideal effect.

LCD device；FPC On Glass；Binding machine；PID control

TN605

B

1004-4507（2016）06-0060-04

2016-05-10