【摘要】：集成電路、光伏和半導體照明產(chǎn)業(yè)是我國戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)之一。多線切割技術是太陽能光伏發(fā)電、大規(guī)模集成電路等電子產(chǎn)業(yè)中基片加工的創(chuàng)新性核心工藝和主流技術,可以大幅度提高出片率、切片質(zhì)量和生產(chǎn)效率。多線切割機控制系統(tǒng)復雜,控制精度要求非常高。目前國內(nèi)多線切割機產(chǎn)品大部分依賴從國外進口,多線切割機的核心控制技術已成為制約國內(nèi)多線切割機市場發(fā)展的技術瓶頸。多電機速度同步系統(tǒng)和張力系統(tǒng)是控制系統(tǒng)研究的重點和難點。本文針對多電機速度同步控制和張力控制等關鍵技術進行了理論分析與實際開發(fā),對國內(nèi)多線切割機控制系統(tǒng)的設計、開發(fā)和調(diào)試提供了一些理論依據(jù),具有一定的理論意義和實際應用價值。本課題以實驗室原有多線切割機樣機為研究對象,設計了一套高精度、高速度的控制系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容和成果如下:(1)分析介紹了多線切割機的工作原理及其走線系統(tǒng)結構,提出了控制系統(tǒng)總體方案設計,并分別建立了多電機同步系統(tǒng)、線輥半徑模型、張力系統(tǒng)數(shù)學模型,為控制方案的設計提供理論基礎;(2)針對速度同步系統(tǒng),根據(jù)機電伺服理論建立了合理準確的伺服電機數(shù)學模型,并分別設計了基于PID和模糊自適應PID的速度同步跟隨控制方案,并進行仿真。仿真結果表明,基于模糊自適應PID的速度同步控制方案更優(yōu),控制精度高,收放線輥電機與加工輥電機同步情況良好;(3)針對張力控制系統(tǒng),為了減小張力波動幅度,分析了切割線張力產(chǎn)生機理,設計了基于張力傳感器的張力反饋控制方案,并優(yōu)化了走線過程中速度換向的控制策略,同時針對樣機排線機構,設計了基于開關限位的排線方案。排線試驗結果表明,線輥排線較為均勻,排線效果良好;(4)在理論分析基礎上,設計了控制系統(tǒng)硬件方案以及相應控制程序,并對部分功能的程序設計進行了介紹;最后進行了樣機運行試驗,各項性能實測均達到了設計指標:線速度誤差在0.8m/min以內(nèi),張力擺桿角位移在5o以內(nèi),切割線張力波動低于2.5N。
[Abstract]:Integrated circuit, photovoltaic and semiconductor lighting industry is one of the strategic industries in China. Multi-wire cutting technology is the innovative core technology and mainstream technology of substrate processing in the electronic industry such as solar photovoltaic power generation and large scale integrated circuit. It can greatly improve the chip rate, chip quality and production efficiency. The control system of multi-wire cutting machine is complex, and the control precision is very high. At present, most of the domestic multi-wire cutting machine products are imported from abroad. The core control technology of the multi-wire cutting machine has become the technical bottleneck restricting the development of the domestic multi-wire cutting machine market. Multi-motor speed synchronization system and tension system are the focus and difficulty in the research of control system. In this paper, the theoretical analysis and practical development of the key technologies such as synchronous speed control and tension control of multi-motor are carried out, which provides some theoretical basis for the design, development and debugging of the control system of multi-wire cutting machine in China. It has certain theoretical significance and practical application value. In this paper, a set of high precision and high speed control system is designed, which takes the original multi-wire cutting machine prototype of laboratory as the research object. The concrete research contents and achievements are as follows: (1) the working principle and structure of multi-wire cutting machine are analyzed and introduced, the overall scheme design of the control system is put forward, and the multi-motor synchronous system and the radius model of wire roller are established, respectively. The mathematical model of tension system provides a theoretical basis for the design of control scheme. (2) for the speed synchronization system, a reasonable and accurate mathematical model of the servo motor is established according to the electro-mechanical servo theory, and the speed synchronization following control scheme based on PID and fuzzy adaptive PID is designed, and the simulation is carried out. The simulation results show that the speed synchronization control scheme based on fuzzy adaptive PID is better, the control precision is high, and the speed synchronization between the up-and-out roller motor and the machining roll motor is good. (3) for the tension control system, in order to reduce the amplitude of tension fluctuation, the mechanism of tension generation in cutting line is analyzed, the tension feedback control scheme based on tension sensor is designed, and the control strategy of speed commutation in the course of moving line is optimized. At the same time, aiming at the line arrangement mechanism of the prototype, the line arrangement scheme based on the switch limit is designed. The results of line arrangement test show that the line roller arrangement is more uniform and the line arrangement effect is good. (4) on the basis of theoretical analysis, the hardware scheme of the control system and the corresponding control program are designed, and the program design of some functions is introduced. The test results show that the linear velocity error is less than 0.8m/min, the angular displacement of tension swing rod is less than 5o, and the fluctuation of cutting line tension is less than 2.5N.
【學位授予單位】：浙江工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN405;TP273

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