立式注塑机料筒温度的模糊控制

发布日期：2014/7/15 10:18:58

        立式注塑机料筒温度是注塑工艺的重要参数,对料筒温度进行有效地控制是保证塑料制品成型质量的重要环节. 目前,立式注塑机采用的加热方法大多是在螺杆料筒外部紧固几段加热圈,不同的机型加热圈的段数可能不同,每段的温度根据工艺要求来调整,温度的控制通常选用温度仪表, 但不管是采用二位式的温度仪表还是PID 式的温度仪表, 都难于保持比较好的动态性能.
        1 立式注塑机料筒系统要求分析
        立式注塑机料筒的加热升温由电热丝通电实现,降温通过环境自然冷却和塑料带走部分热量实现, 由此可见, 料筒温度变化的特点是升温较快、降温较慢. 因此, 当料筒温度较低、离设定值较大时, 应快速升温, 当料筒温度接近设定值时应慢速升温, 当料筒温度达到设定值时, 对料筒的加热只要维持因自然冷却和塑料带走的热量引起的温度下降, 使料筒温度较平稳地保持在设定的范围内.
        2 立式注塑机料筒模糊控制原理
        立式注塑机料筒模糊控制的规则是模糊控制的核心, 控制器的输入为设定的温度与测得的温度的偏差E 及偏差的变化率EC , 输出为电热丝的加热量U. 设t 0 为设定的温度,t 为实际测得的温度, 则偏差E = t0 - t.如将本次测得的温度设为t 1 ,上次测得的温度为t 2 ,则温度偏差的变化率EC = t1 - t 2 .将温度的偏差E 分成5 个模糊子集B ( 大) ,M( 中) , S ( 小) ,Z ( 零) 和N ( 负) [2- 3 ] . 当t 0- t> T 1 时,对应B ; 当T 2 < t0 - t< T1 时, 对应M ; 当0< t0 - t< T2 时, 对应S ; 当t 0 - t= 0 时, 对应Z ; 当t 0- t< 0时, 对应N . T 1 和T 2 是设定的温差值,T 1> T2> 0 .将温度偏差的变化率EC 分成3 个模糊子集P( 正)、Z ( 零) 和N ( 负) . 当t 1- t2> T 3 时, 对应P ; 当- y< t1- t 2< T 3 时, 对应Z ; 当t 1- t2 < - T3 时,对应N .T 3 是设定的温度偏差变化率,T 3 > 0 .
        立式注塑机料筒电热丝的加热量U 分为4 个模糊子集B ( 大) 、M ( 中)、S ( 小) 和Z ( 零) ,和加在电热丝上的电压大小相对应.根据系统的输入输出特性, 为使系统输出响应的动静态性能最佳, 模糊规则用下列模糊条件语句来描述.if E = B and (EC = P o r EC = Z o r EC = N )then U= Bif E= M and (E C= P or EC= Z) then U= Mif E= M and EC= N then U= S# 40 # 1 机械与电子22006( 3)if E = S and (EC = P or E C= Z or EC = N )then U= Sif E = Z and (EC = P or EC= Z) then U= Zif E = Z and EC= N then U= Sif E = N and (EC = P or E C= Z or EC= N )then U= Z上述描述体现了控制动态反应÷慢升快降"的思路, 和实际操作经验一致. 为便于单片机从模糊子集中判断精确的控制量,E 的论域表示为{ 5 , 3 ,1 , 0 ,-1 },E C 的论域表示为{ 1 , 0 ,- 1 }, U 的论域表示为{ 5 ,3 , 1 ,0 }.
        3 立式注塑机料筒硬件电路
        温度控制系统的硬件由89C51 单片机为核心的电路组成, 如图1 所示, 对温度的控制由调节可控硅的电压实现, 若料筒加热有3 段或4 段加热圈, 则可控硅的控制部分相应也有3 组或4 组.
        89C51 的P1 口产生电平脉冲并经过零同步脉冲同步后, 经光耦和驱动器输入到可控硅的控制极,来控制可控硅的导通和截止. 电压比较器LM311和单稳态触发器MC14528 等组成过零触发电路.
        过零同步脉冲由过零触发电路产生, 该脉冲作为可控硅的触发同步脉冲加到温度控制电路, 同时还作为计数脉冲加到T0 和T 1 端. P1 口通过模糊控制算法产生对应于控制量U 的脉冲信号, 控制可控硅的导通程度, 实现温度的调节.
        4 立式注塑机料筒软件设计
        料筒各段的温度分别由热电偶测得, 经A/ D 转换, 将设定的温度和测得的温度相减得到温度的偏差E, 存储到存储单元; 将本次测得的温度减去前次测得的温度, 得到温度的偏差变化率EC , 存储到相应的存储单元; 然后根据温度的偏差和偏差变化率由模糊控制规则来决定输出电压量U 的大小.编程时, 将温度偏差、偏差变化率和控制输出对应的温度偏差分为3 段, 运用3 种不同的量化因子来实现快速稳定的立式注塑机温度控制.温度偏差、偏差变化率和控制输出相应的量化因子分别由K e ,K ec和K u 来表示.K e 越大则系统上升越快, 但K e 过大会使系统超调变大;K ec越大则系统反应越慢, 但K ec 太小会使系统调节时间长, 超调变大; K u 越大则系统响应越快, 但超调也变大,K u 对系统的响应最为灵敏, 影响比K e , K ec 大. 程序设计流程如图2 所示.
        5 立式注塑机料筒结束语
        现代立式注塑机工艺对料筒温度的控制要求越来越高, 因此, 所设计的立式注塑机控制方法具有硬件成本低、软件设计简单、控制精度高及系统动态性能好等特点, 能较好地满足使用要求.

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