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现代半导体材料向着大规格、高精度、高效率、低成本的方向发展,对传统的半导体切割加工技术和设备提出了新的挑战。多线切割作为一种实用高效的半导体材料切片加工方法,近年来得到了越来越多的重视和发展。对多线切割技术来说,切割线张力控制问题是研究的重点和难点。本文针对张力控制问题,主要进行了张力控制理论和控制算法的研究。
本文在分析了各种不同张力控制方式特点的基础上,结合多线切割加工技术特点及其对张力控制的要求,选取力矩电机作为张力控制机构,并设计了控制方案;基于控制方案,分析和建立了多线切割机张力控制系统的数学模型;在此基础上,分别设计了分段PID控制算法和基于NLMS算法的自适应反馈补偿控制算法来控制张力;最后在MATLAB环境下进行了算法的模拟仿真。
本文设计的自适应反馈补偿算法,通过设计自适应滤波器对收/放线电机进行系统辨识,并结合反馈的张力摆杆的偏转速度和偏转大小;利用NLMS算法对收/放线电机的转速输入进行自适应动态修正,以补偿卷径大小等时变量对张力的影响,保证收/放线电机对主轴电机的线速度跟随精度,并将张力摆杆稳定在平衡位置附近,最终达到精确控制张力的目的。MATLAB仿真实验表明,该算法具有精度高、响应速度快、鲁棒性好、运算量小等特点,可以满足多线切割加工对张力控制的要求。
目前,我国在多线切割技术领域的研究尚处于初级阶段,现有的张力控制理论和技术还尚未成熟。本文的研究工作对多线切割机线张力控制系统的设计、开发和调试提供了一些理论依据,具有一定的参考价值和实际应用价值。