微流控芯片是当前微型全分析系统领域发展的重点,它具有快速、高效、低耗等优点,在基因分析、疾病诊断、药物筛选等领域具有广阔的应用前景。采用PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)等材料制作微流控芯片的工艺方法,是拓展微流控芯片应用、实现产业化的关键。热压键合设备是塑料微流控芯片自动化生产系统的重要组成部分,本文研究了热压键合设备的控制理论和技术,完成了自动控制软件的设计和编写,并对控制系统的性能进行了分析和实验验证。 本文综述了塑料微流控芯片及热压键合设备的发展与现状,概述了工业过程控制的发展和特点,对温度和压力控制系统及其控制方法开展了研究,完成了如下研究工作: 分析了温度控制的任务与需求,采用闭环控制方案,选择了PID控制器为基本控制器。在对被控对象进行模型辨识和模型仿真验证的基础上,进行了Ziegler-Nichols整定和人工整定。仿真和实验证明普通PID控制不能满足控制要求,故本文采用了一定的数字PID改进算法。实验证明,压力控制示值误差不大于±0.2℃,达到和超过了设计要求,系统的阶跃响应快速而平滑,几乎无超调地达到稳态。 分析了压力控制的任务与需求,采用闭环控制方案,选择了PID控制器为基本控制器。在分析压力控制特点的基础上,本文有针对性地采用了数字PID改进算法,并提出了脉动积分算法,可以有效克服摩擦和间隙非线性,提出了变周期采样控制法,可以有效提高平均采样频率,改善对快速反应过程的控制特性。实验证明,温度和控制示值误差优于±20N,达到和超过了设计要求。同时,系统的阶跃响应快速而平滑,几乎无超调,斜坡响应滞后小、误差小。 分析了控制软件设计的任务与需求,进行了总体设计和界面设计,选择Visual C++为编程语言,采用面向对象程序设计方法完成了类的设计和实际编程。在PWM脉宽调制的软件实现方法上,提出了线性积分比较法,大幅提高了脉宽调整方波的频率。实际编写程序达26000行。最后对自动运行参数设置的规则进行了设计。 塑料微流控芯片热压键合设备已经投入自动化生产,生产的芯片质量、精度、重复性和一致性良好。