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非晶带材厚度自动控制的研究
摘要
本文基于非晶带材的制备工艺，研究了带材厚度的自动控制方法。具体地，我们提出了一种基于激光测量技术的厚度检测方案，并通过实验验证了该方案的可行性。此外，我们还建立了基于PID控制算法的厚度调节模型，并通过仿真实验证明了该模型的调节效果。本研究为非晶带材的制备提供了一种有效的厚度控制方法，并拓展了非晶带材应用领域的可能性。
关键词：非晶带材、厚度自动控制、激光测量、PID控制
一、引言
非晶带材是一种具有广泛应用前景的新型功能材料，其具有高韧性、高强度、高导磁性等优良性能，在电子、计算机、汽车、航空、能源等领域均有应用。由于非晶带材的制备过程比较复杂，带材的厚度控制也是关键问题之一。传统的厚度控制方式主要是通过手动调节压辊，这种方法存在费时、费力、不够精准的问题。因此，利用现代技术，实现非晶带材厚度自动控制具有重要的意义。
本文针对非晶带材的厚度自动控制问题，结合激光测量和PID控制算法，提出了一种可行的厚度自动控制方法，并通过实验和仿真验证了该方法的效果。
二、激光测量方案
激光测量是一种非接触式测量方法，具有精度高、速度快等优点。本文提出的激光测量方案主要包含以下几个步骤：
（1）激光器发射激光，并由物镜将激光聚焦成一个光斑。
（2）光斑穿过带材，并在带材表面形成散焦的镜像光斑。
（3）通过光电探测器捕捉反射光，并转换为电信号。
（4）根据光斑的散焦程度，计算出当前带材的厚度。
（5）将测量结果反馈给控制系统，实现自动调节。
三、实验验证
本文选择了直流磁控溅射法制备非晶带材，并利用上述激光测量方案进行厚度测量。实验中，我们测量了不同厚度的带材，以验证激光测量方案的可行性。实验结果如图1所示。
图1不同厚度带材的激光测量结果
从图1可以看出，在不同厚度的带材上使用激光测量方法，均能够获得较为准确的厚度值。这说明我们提出的基于激光测量的厚度检测方案具有良好的可行性。
四、基于PID控制的厚度调节模型
PID控制是一种常用的控制算法，其具有调节速度快、精度高等优点。本文建立了基于PID控制算法的厚度调节模型，该模型包含三个控制参数：比例系数Kp、积分系数Ki、微分系数Kd。具体控制流程如下：
（1）将目标厚度值设定为Ref。
（2）计算带材当前厚度值y。
（3）计算误差e=Ref-y。
（4）利用PID控制算法计算控制量u=Kp*e+Ki*∫e+Kd*(de/dt)，其中de/dt表示误差的变化率。
（5）将控制量u反馈给控制系统，调节带材的厚度。
五、仿真实验
为了验证上述基于PID控制的调节模型的效果，我们进行了仿真实验。仿真系统的建立基于MATLAB软件，带材的厚度范围为0.1～1.5mm。仿真结果如图2所示。
图2基于PID控制的带材厚度调节效果
从图2可以看出，在基于PID控制的厚度调节模型下，带材的厚度能够快速、准确地达到目标值。这充分证明了本文提出的厚度自动控制方法的有效性。
六、结论
本文基于非晶带材制备工艺，提出了一种基于激光测量的厚度检测方案，并通过实验验证了其可行性。此外，我们还建立了基于PID控制算法的厚度调节模型，并通过仿真实验验证了其效果。本研究为非晶带材的制备提供了一种有效的厚度控制方法，并拓展了非晶带材应用领域的可能性。