自整定PID温度控制策略在FOG邦定机中的应用

赵 莹，郭晓妮

（太原风华信息装备股份有限公司，山西太原030024）

自整定PID温度控制策略在FOG邦定机中的应用

赵 莹，郭晓妮

（太原风华信息装备股份有限公司，山西太原030024）

液晶模组FOG生产工艺中ACF的胶固化和粘结强度直接影响产品的质量和性能。而邦定中温度曲线的控制是影响ACF胶固化和粘结强度的关键，合理的控制温度曲线可以避免ACF邦定过程中针孔和气泡的产生；通过采用自整定PID控制策略合理有效的控制了温度曲线，达到了理想效果。

液晶显示设备；柔性电路板邦定至玻璃；PID控制；

液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）的模块生产已经成为重要的高新技术产业，其中邦定工艺是LCD模块生产过程中很重要的一道工艺。FOG邦定机是将软性电路控制板（FPC）透过ACF邦定在LCD上，邦定过程中温度的精密控制至关重要。温升的速度决定ACF固化后的表面质量，峰值的温度则决定固化后的粘接强度。粘结温度对粘结强度的影响比时间对粘结强度的影响更重要，在给定的固化温度下，随着固化时间的增加，剪切力小幅度增加，但当固化温度升高时，相同固化时间里剪切强度却明显增加，但过快的升温速率有时会出现针孔和气泡。因此为了保证理想表面质量和粘接强度，同时避免气泡的产生，合理温度控制曲线就显得非常重要。

1 FOG邦定机

FOG邦定机是一种用于将FPC与玻璃面板之间建立稳定的机械和电气连接的生产设备。它的邦定工艺大致分为：ACF邦定、预压邦定、主压邦定三个工序。ACF粘贴在LCD上，预压邦定是让FPC预先粘贴在LCD上，主压邦定是让FPC与LCD建立稳定牢固的机械和电气连接。温度、压力、时间是影响邦定工艺的关键点，其中温度的影响至关重要，合理的控制温度曲线能够减少针孔和气泡的产生，减少次品率。图1为全自动FOG设备外形布局图。

图1设备外形布局图

2自整定PID

PID控制在生产过程中是最普遍采用的控制方法之一，尤其在温度控制中。它具有结构简单，稳定性好，可靠性高的优点。PID控制中关键的问题是PID参数的整定。在实际应用中，许多被控过程机理复杂，具有高度非线性，时变不确定性，纯滞后等的特点，因此过程参数甚至模型结构均会随时间和工作环境的变化而变化。

2.1 PID控制原理

2.1.1模拟PID控制

在模拟控制系统中，按偏差的比例P，积分I，微分D进行控制的PID控制器，其系统原理框图如图2所示。

图2中，控制系统主要由模拟PID控制器和被控对象组成，给定值r（t）与实际输出值y（t）构成的控制偏差：

图2 PID原理框图

偏差的比例、积分、微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。其控制规律为：

写成传递函数形式：

其中，Kp为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数。PID的3个校正环节作用如下：

比例环节：迅速反应系统偏差信号，偏差一旦产生控制器立即产生控制作用，以减少偏差。Kp增大响应速度增大，减小稳态误差。但Kp过大会使系统产生较大的超调。Kp减小系统的稳定性增加，减小系统超调，但过小的Kp会使系统响应速度缓慢。

积分环节：主要用于消除系统稳态误差，积分作用的强弱取决于积分时间Ti，Ti越小积分越强。积分系数越大，系统消除稳态误差越快。但积分系数过大，在响应过程的初期将产生积分饱和现象，造成响应过程较大超调。积分系数过小，降低了系统的调节精度。

微分环节：主要改善系统的动态性能，反应系统偏差的变化率，预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用。TD越大，微分作用越强，反之越弱。增大微分控制可加快系统响应，是超调量减小，增加稳定性。但微分作用同样敏感，使系统抑制干扰能力降低。

2.1.2数字PID控制

数字PID控制采用计算机程序控制，具有很好的灵活性。可分为位置式PID控制和增量式PID控制。数字PID控制结构如图3所示。

图3数字PID控制结构图

（1）位置式PID控制。它根据采样时刻的偏差值就算控制量，因此积分和微分项不能直接使用，需离散化处理。现以一系列采样时刻点KT代表连续时间t，以和式代替积分，以增量代替微分，得到PID控制器控制算法的离散形式为：

式中：

T为采样周期

K为采样序号，K=0，1，2…

u（k）为第K次采样时刻的计算输出值

e（k）为第K次采样时刻的输入偏差值

KI=：积分系数

KD=：微分系数

由Z变换的性质：

式（5）的Z变换式为：

由式（6）得PID控制器的Z传递函数：

（2）增量式PID控制。增量式PID控制是指数字控制器的输出只是控制量的增量Δu（k）。当执行机构需要的是控制量的增量时，可由式（5）导出增量PID控制算式，根据递推原理得：

由式（5）、（8）得：

3 常规PID整定方法

根据研究方法的划分，可分为基于频域的PID参数整定方法和基于时域的PID参数整定方法；按照被控对象个数来划分，可分为单变量和多变量PID参数整定方法；根据发展阶段，可分为常规和智能PID参数整定方法。

目前，常规PID控制器参数整定方法有很多种，下面介绍一些常用的。

3.1 ZN整定方法

3.1.1 Z-N经验公式法

大多数工业过程都能用一阶惯性加纯滞后模型来近似描述，从这点出发最小模型假设被控对象模型的传递函数为：

其中，K，T，τ分别为对象模型的开环增益，惯性时间常数和纯滞后时间常数。一个典型的PID传递函数为：

在最小模型假设下，得到整定PID参数的经验公式：

Z-N法最大的优点就是方法简单，使用方便。但缺点是控制效果差。

3.1.2 Z-N临界比例度法

与Z-N经验法不同的是该方法不依赖对象的数学模型参数，而是总结了前人理论和实践的经验，通过实验由经验公式得到PID的最优整定参数（临界增益Ku和临界振荡周期Tu）。

临界比例度法是在闭环情况下，把PID控制器的积分和微分作用先去掉，留下比例作用，之后加入一个扰动，如果系统响应是衰减的则增大比例增益重做实验，反之系统应响的振幅不断增大则减小Kp，在闭环系统做临界等幅周期振荡时比例增益Kp称为临界增益即Ku；此时系统响应的振荡周期称为临界振荡周期即Tu。ZN临界比例度法参数整定公式如表1所示。

表1 ZN临界比例度法参数整定

4　　结束语

全自动FOG邦定机设备中PID自整定策略的应用减少了邦定过程中针孔和气泡的产生大大提高了设备的成品率，减少了不良品的数量，提高了行业的技术水平，从而提高产品的市场竞争力，具有巨大的经济效益和社会效益。

［1］ 范志新.液晶器件及工艺基础［M］.北京：北京邮电大学出版社，2002．

［2］ 刘萍.ACF在LCD中的应用与发展［J］.电子工艺技术，2002，23（6）：236-238.

［3］ 陈军.关于LCM中屏的不明原因OPEN的改善研究［D］.天津：天津大学，2007

［4］ 迟继强.智能PID参数整定及其在血糖控制中的应用［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，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