Design of Fuzzy PI Controllers for the Temperature Control of Soldering Systems

This paper proposes controller design algorithms for a ceramic soldering iron temperature control system, and reports their effectiveness in a control experiment. Because the responses of the ceramic soldering iron temperature to the control input are non-linear and very slow, precise modeling and controller design is difficult. In this study, the temperature characteristics of a ceramic soldering iron are represented by TSK fuzzy models consisting of TSK fuzzy rules. In the fuzzy rules, the premise variable is the control input and the consequences are the transfer functions. The transfer functions in the fuzzy model were obtained from the step input responses. As the responses of the ceramic soldering iron temperature are very slow, it is difficult to obtain the complete step input responses. This paper proposes a genetic algorithm to obtain the transfer functions from an incomplete step input responses, and showed its effectiveness in examples. This paper also reports a fuzzy controller design method from the TSK fuzzy model and examples. The proposed methods were applied to the temperature control experiments of ceramic iron. The TSK fuzzy model consisted of 7 TSK fuzzy rules, and the consequences were PI controllers. The experimental results of the proposed fuzzy PI controller were superior to the linear controller and were as good as in previous studies using a fuzzy PID controller.

솔더링 시스템의 온도 제어를 위한 퍼지 PI 제어기 설계

본 연구는 솔더링 시스템에서 세라믹 인두기의 온도 제어를 위한 제어기 설계 알고리즘을 제안하고, 제어 실험으로 그 유효성을 보였다. 솔더링 시스템의 세라믹 인두기 온도 응답 특성이 매우 느리며 제어 입력에 비선형인 특성을 갖고 있어 정밀한 모델링과 제어기 설계에 어렵다. 본 연구에서는 전제부 변수가 제어 입력이고 결론부가 전달함수인 퍼지 규칙들로 구성된 TSK 퍼지 모델로 세라믹 인두기 온도 특성을 표현하였다. 퍼지 모델 결론부의 전달함수는 계단 입력 응답으로부터 구한다. 세라믹 인두기 온도 응답 특성이 매우 느리므로 완전한 계단 입력 응답을 구하기가 어렵다. 불완전한 계단 입력 응답으로 전달함수를 구하는 방법으로 유전적 알고리즘(GA)을 사용하는 것을 제안하며, 예제들로 제안한 그 유효성을 보였다. 또한 TSK 퍼지 모델로부터 퍼지 제어기를 설계하는 방법도 제안하며 그 유효성을 예제 시뮬레이션으로 확인하였다. 제안한 방법들을 세라믹 인두기 온도 제어에 적용하여 실험 하였다. 퍼지 모델의 규칙은 7개로 구성되었으며 퍼지 제어기의 결론부는 PI 제어기로 하였다. 제안한 퍼지 제어기의 실험 결과는 선형 제어기보다 우수하였으며 퍼지 PID 제어기를 사용한 기존 연구 결과에 못지않았다.