Система автоматичного керування технологічним процесом пайки складених п’єзокерамічних перетворювачів

 

 , (7)

 

або, зважаючи на довільність та незалежність компонентів [dT]T:

 

  (8)

 

Рівняння (8) являє собою систему звичайних лінійних диференційних рівняннь зі сталими коефіцієнтами і може бути вирішена будь-яким з існуючих методів. Розв’язання інших рівняннь системи (3) проводиться аналогічним методом.

Під час чисельного експерименту на отриманій моделі одержано наступні результати: розподілення температурного поля та напруженості магнітного поля по перерізу СПП в залежності від режимів генератора високочастотної напруги; на рис. 1. приведено залежність температури по перерізу СПП на різних часових шарах.

Далі було виконано перевірку моделі двома шляхами: дослідження збіжності чисельного рішення при збільшені ступеню дискретизації, та порівняння із точним (аналітичним) розв’язанням спрощених подібних задач. Було доведено, що розроблена модель адекватно відбиває поведінку фізичної системи в заданому діапазоні варіації просторово-часової дискретизації та незалежних змінних.

В наступному чисельному експерименті було визначено область оптимальних параметрів та режимів функціонування пристрою для індукційної пайки. Графічно отримані результати показано на рис. 2.

У четвертому розділі

У першій частині четвертого розділу запропоновано новий спосіб регулювання напруги поляризації з метою зменшення термічної деполяризації п’єзоелементів під час пайки. Схема на рис. 3 пояснює цей спосіб. Робота схеми базується на температурній залежності амплітуди прийнятого сигналу. Запропоновано структурну схему системи автоматичного керування процесом пайки СПП, яка застосовує описаний вище спосіб контролю температури.

Введено наступні скорочення: СКГВН-система керування генератора високочастоної напруги; ГВН- генератор високочастоної напруги; І-індуктор; СКІПН-система керування імпульсним перетворювачем напруги; ІПН- імпульсний перетворювач напруги; Із-струм індуктора заданий; Q-теплова енергія; Uдп- напруга на вході детектора перетворювача; Uпол-напруга поляризації.

На рис. 5 наведено структурну схему розробленої системи автоматичного керування пайкою СПП. Показано, що лінеаризована передавальна функція такої системи по каналу регулювання напруги поляризації має вигляд:

 

  (9)

 

Проведено дослідження розробленого експериментального зразку САК пайкою СПП. Отримано закони зміни напруги поляризації від температури. Показано, що змінюючи параметри пристрою регулювання напруги поляризації можна впливати на ії залежність від температури. Проведено дослідження динамічних властивостей розробленої САК, на підставі чого зроблено висновок, що система є стійкою,

У другій частині четвертого розділу виконано дослідження запропонованої САК та розробку рішень по оптимізації процесу пайки СПП, а також оптимізацію параметрів та режимів роботи пристрою регулювання напруги поляризації.

З використанням методики Бокса-Уілсона планування експерименту при пошуку оптимальних умов отримано рівняння регресії для параметра оптимізації – механічної добротності. Проведено градієнтний спуск, в результаті чого знайдено точку оптимуму в факторному просторі незалежних змінних. Було виготовлено контрольні партії СПП, на режимах, знайдених під час експериментальної оптимізації. Вимірювання їх характеристик показало зростання показнику якості порівняно з існуючим технологічним процесом. Основні показники зведено в таблиці 1.

 

Таблиця 1

Показники якості технологічного процесу. 

 

 

Результати свідчать, що значення механічної добротності зросло, також збільшилась повторюваність параметрів СПП.

У другій частині четвертого розділу проведено теоретичну оптимізацію параметрів та режимів роботи пристрою регулювання напруги поляризації. Отримано результати, згідно яким найкращі умови для поляризації складаються, коли збігаються функціональні залежності пробивної напруги та напруги поляризації від температури. Критерієм є максимальне значення механічної добротності СПП.

Далі було проведено оптимізацію параметрів ПРНП, метою якої було відшукання таких параметрів ПРНП, при яких форма залежності напруги поляризації від температури найбільш повно співпадає з температурною залежністю пробивної напруги п’єзокераміки. Для проведення оптимізації було виведено мінімізуючий функціонал, до якого входять параметри структурної схеми САК:

 

  (10)

 

де Wпрнп (K, kе) – передавальна функція пристрою регулювання напруги поляризації; К-коефіцієнт підсилення перетворювача напруги; kе – еквівалентний коефіцієнт підсилення вхідного підсилювача;   – зразкова напруга поляризації;   – напруга на вході ДП.

Для оптимізації було використано метод наіскорішого спуску. В результаті було отримано параметри, які мінімізують відхилення поляризуючої напруги від зразкової залежності. В якості зразкової використовувалась залежність пробивної напруги від температури, приведена до необхідного діапазону зміни напруги поляризації. Отримані залежності показано на рис. 8 Далі зазначено, що розроблене устаткування для пайки та поляризації СПП нечутливе до розкиду параметрів комплектуючих і може бути використане для пайки СПП інших типів. Розроблена методика моделювання індукційного нагріву може бути використана під час подібних розрахунків для малих тіл неоднорідної структури.

Запропоновані спосіб та САК поляризації п’єзоелементів СПП, а також методика розрахунку оптимальних технологічних режимів, можуть, після відповідної доробки, використовуватись в будь-яких технологічних процесах пайки п’єзокераміки до металу.

 

 

Виконана дисертаційна робота є узагальненням та вирішенням комплексу питань, які мають наукове, практичне та прикладне значення.

1. Практично доведено можливість використання індукційного нагріву при пайці СПП. При цьому для даної загрузки визначено оптимальну частоту струму індуктору по критерію максимума ККД. Виготовлена, досліджена та впроваджена у виробництво експериментальна установка для індукційної пайки СПП.

2. Шляхом сумісного вирішення диференційних рівняннь теплопровідності та напруженості електромагнітного поля отримано математичну модель процесу індукційного нагріву СПП, яка дозволяє зв’язати режими роботи пристрою нагріву з фізичними характеристиками процесу пайки.

3. Розроблено САК пайкою СПП, яка