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申请/专利权人：大连理工大学

摘要：本发明属于热塑性复合材料熔融连接技术领域，公开一种用于碳纤维复材感应熔接温度控制的PID控制方法。该方法是一种基于红外热成像仪温度测量的反馈调节方法，结合碳纤维复材感应熔接时熔接界面与熔接表面的温度关系与熔接界面充分熔化且不发生过热分解的温度约束条件，建立连续熔接过程中碳纤维复材上表面温度约束条件。并在熔接过程中引入熔接温度的PID控制，能够实现在碳纤维热塑性复合材料连续感应熔接过程中对熔接区域温度的精准监测与实时反馈调节，避免熔接区域温度过低导致的树脂基体熔化不充分或者温度过高导致的树脂基体过热分解，使得整个熔接过程中熔接区域温度值位于始终位于合适的温度区间，从而提升连续感应熔接质量。

主权项：1.一种用于碳纤维复材感应熔接温度控制的PID控制方法，其特征在于，该PID控制方法所用的装置包括感应熔接执行器、计算机、PLC控制器、感应加热控制箱、碳纤维复材叠层结构；其中感应熔接执行器主要由红外热成像仪、感应加热头、压力模块、冷却模块组成；红外热成像仪与计算机之间、计算机与PLC控制器之间均通过以太网进行连接，PLC控制器通过输出4～20mA的模拟量电流控制感应加热控制箱在感应加热头上的感应电流输出大小；所述PID控制方法是一种基于红外热成像仪温度测量的反馈调节方法，该方法结合碳纤维复材感应熔接时熔接界面与碳纤维复材上表面的温度关系与熔接界面充分熔化且不过热分解的温度约束条件，建立连续熔接过程中碳纤维复材上表面温度约束条件；针对连续感应熔接过程中的碳纤维复材上表面温度，采用红外热成像仪进行面域特征温度采集，根据红外热成像仪采集的感应熔接区域的温度信息，在计算机中计算出PID温度控制输出值，并发送给PLC控制器，PLC控制器根据计算机给出的PID温度输出值调整感应加热控制箱的输出值，实现对感应熔接执行器上感应加热头的输出电流大小的控制，从而实现碳纤维复材上表面的温度控制。具体步骤如下：第一步标定移动感应熔接过程中碳纤维复材叠层结构熔接界面与上表面的温度关系：1将极细K型热电偶铺放在碳纤维复材叠层结构熔接界面，用于测量碳纤维复材叠层结构熔接界面的温度，调整红外热成像仪与熔接区域碳纤维复材叠层结构上表面的距离并对红外热成像仪进行对焦，用于测量熔接区域碳纤维复材叠层结构上表面温度；2通过PLC控制器设定感应熔接执行器的运行速度，使得连续感应熔接过程在恒定的移动速度下进行；3设定感应熔接执行器的压力模块，使得熔接区域碳纤维复材叠层结构上下板间有合适的压力，设定感应熔接执行器的冷却模块，使得熔接区域碳纤维复材叠层结构上表面温度低于熔接界面温度，避免碳纤维复材叠层结构上表面因温度过高产生过热分解；4进行连续感应熔接，记录碳纤维复材叠层结构上表面与熔接界面的温度，得出恒定移动速度下，碳纤维复材叠层结构熔接界面与上表面的温度关系；第二步，在与第一步相同的感应熔接执行器移动速度下，进行具有PID温度反馈调节功能的连续感应熔接：1在计算机中设定碳纤维复材叠层结构上表面目标温度值TSP，开启PID控制，启动连续感应熔接装置；2通过红外热成像仪采集碳纤维复材叠层结构当前上表面温度TPVt，计算控制偏差errt：errt＝TSP-TPVt3计算积分项errret，即离散误差累加的大小： 所述离散误差累加的大小如果大于设定的PID控制的输出上限CVhigh，则将离散误差累加的大小调整为设定的输出上限；如果小于等于设定的PID控制的输出上限CVhigh，则不进行调整；4计算微分项errdt，即当前离散误差与上一离散误差之差：errdt＝errt-errt-15对PID控制的输出CV采用比例增益、积分增益和微分增益进行调整，所述的PID控制的输出为：CV＝Kp×errt+Ki×errret+Kd×errdt其中，Ki为比例调节系数，KP为积分调节系数，Kd为微分调节系数，各个系数的值通过连续感应熔接实验调参得到；所述PID控制的输出CV如果大于设定的输出上限CVhigh，则令CV＝CVhigh；所述PID控制的输出CV如果小于设定的输出下限CVlow，则令CV＝CVlow；6PLC控制器作为下位机接收来自计算机的PID控制的输出信号，并将其转化为感应加热控制箱的控制信号，实现连续感应熔接过程中对感应加热头上感应电流大小的实时调整。所述计算机给出的PID控制的输出，在输出时设定有输出上限CVhigh与输出下限CVlow，用以保证连续感应熔接过程的安全性；通过PLC控制器的转换，在感应加热头的感应电流大小的范围在55A～205A。

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