專利名稱：用于注射模塑成型機(jī)的自適應(yīng)溫度控制方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自適應(yīng)溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于注射模塑成型機(jī)的基于專家規(guī)則的自適應(yīng)溫度控制方法及其電路。
背景技術(shù)：
注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制是注射模塑成型機(jī)一個重要的技術(shù)指標(biāo)。料桶的溫度控制效果直接影響塑制品的質(zhì)量，尤其是對于精密注塑制品。因此高端注射模塑成型機(jī)電腦控制器的特點(diǎn)之一是高精度和高可靠性的溫度控制。在目前市場上注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制多數(shù)使用的還是傳統(tǒng)PID控制或者基于模糊控制的溫度控制方法。傳統(tǒng)PID控制在行業(yè)內(nèi)應(yīng)用很廣泛，它具有簡單實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)是需花費(fèi)大量的時間建立模型，并且需要經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師才能將參數(shù)整定合適。當(dāng)系統(tǒng)受到較強(qiáng)干擾或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，容易產(chǎn)生較大振蕩，響應(yīng)曲線變化較大；模糊控制對比PID控制，主要優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)模糊控制在被控對象參數(shù)發(fā)生變化時，響應(yīng)曲線變化不大，而且即使在被控對象模型結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化時，也能實(shí)現(xiàn)無超調(diào)控制，具有較好的魯棒性。但其缺點(diǎn)是升溫過程不如PID控制快，并且由于不具備積分作用，因此很難完全消除靜態(tài)誤差。這種缺點(diǎn)在系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)態(tài)后又受到擾動時表現(xiàn)的特別明顯。因此，注射模塑成型機(jī)料桶的溫度控制問題一直是困擾國內(nèi)精密注塑的難點(diǎn)問題。為了克服這一難點(diǎn)，基于專家規(guī)則的自適應(yīng)PID溫度控制方法被提出。該方法將現(xiàn)場積累的溫控經(jīng)驗(yàn)以及注射模塑成型機(jī)操控人員的經(jīng)驗(yàn)歸納組織成規(guī)則庫和知識庫，并在升溫和保溫階段加入了參數(shù)自適應(yīng)算法。因此本方法可以有效抑制大滯后的影響，也對被控對象參數(shù)變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，具有較強(qiáng)的魯棒性。本方法在一定程度上提高了料桶靜態(tài)與工作態(tài)時的控制精度，實(shí)現(xiàn)簡單，可靠性好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的溫控算法，提出一種新的基于專家規(guī)則的自適應(yīng)PID溫度控制方法，使得升溫過程既具有傳統(tǒng)PID算法的快速性，又使得在溫度進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后完全消除靜態(tài)誤差，達(dá)到高精度控制要求，并且在受到干擾后能夠快速無超調(diào)的響應(yīng)，具有較高的自適應(yīng)性和穩(wěn)定性。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是將注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制區(qū)分為兩大過程，即升溫過程(靜態(tài)加溫到設(shè)定值)和保溫過程(產(chǎn)品生產(chǎn)運(yùn)行態(tài))。根據(jù)對現(xiàn)場大量試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的提煉，組織成一個全面的規(guī)則庫，其中分為升溫規(guī)則庫和保溫規(guī)則庫，同時在兩個庫中又分別嵌套針對升溫特性和保溫特性的參數(shù)自適應(yīng)算法。除此之外，因?yàn)樽⑸淠Ｋ艹尚蜋C(jī)料桶射嘴部分和進(jìn)料口段(料桶的最后一段)具有特殊性，因此又有專門的自適應(yīng)規(guī)則。對于中小型注射模塑成型機(jī)，射嘴部分的溫度測量熱電偶以環(huán)的形式套在射嘴表面，因此容易受外界干擾，除在采樣后對數(shù)據(jù)加強(qiáng)濾波外，在算法上其控制規(guī)則與其他段略有不同。進(jìn)料口段因在實(shí)際運(yùn)行時有循環(huán)水進(jìn)行冷卻，因此在算法上針對這一段也做了特殊處理，使其可以自適應(yīng)常規(guī)態(tài)和加入冷卻水態(tài)。
本發(fā)明以專家規(guī)則庫和知識庫為核心，利用溫度偏差值(設(shè)定值-測量值)和偏差變化率(Δe(k)，Δe(k-1))為基礎(chǔ)，以自適應(yīng)PID算法為手段對升溫階段和保溫階段進(jìn)行實(shí)時控制。因?yàn)樽⑸淠Ｋ艹尚蜋C(jī)料桶具有很大的延遲和滯后，屬于大滯后系統(tǒng)，加上熱電偶本身測量所引入的時間延遲，以中小型注射模塑成型機(jī)料桶(150g)為例，延遲可達(dá)幾十秒。因此，為保證控制精度，不引起系統(tǒng)過大超調(diào)和振蕩，本算法在料桶的升溫階段(從室溫或某一穩(wěn)定溫度值)和到達(dá)設(shè)定值階段分別加入了延遲自適應(yīng)算法，根據(jù)滯后時間τ進(jìn)行前饋控制，從而提高其穩(wěn)定性，避免因施加過多控制量而引起上沖以及因響應(yīng)不及時而引起下沖。
本發(fā)明所提出的基于專家規(guī)則的自適應(yīng)PID溫度控制方法，主要包括溫度數(shù)據(jù)獲取、進(jìn)入規(guī)則庫推理判斷、參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整以及控制輸出四個部分整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、規(guī)則庫、知識庫、自適應(yīng)算法以及控制輸出單元組成，所有的溫度數(shù)據(jù)均以注射模塑成型機(jī)料桶的熱電偶在線實(shí)時動態(tài)采集，經(jīng)過與規(guī)則庫的規(guī)則比較判斷，再根據(jù)具體某條規(guī)則以知識庫中的數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式為依據(jù)，根據(jù)升溫狀態(tài)和保溫狀態(tài)的自適應(yīng)算法，最后輸出控制量，具體如下1)溫度數(shù)據(jù)獲取注射模塑成型機(jī)料桶每段都安裝有K型熱電偶一個，實(shí)時測量當(dāng)前段溫度，溫度采樣板將熱電偶信號變送為數(shù)字溫度信號后送注射模塑成型機(jī)控制器，經(jīng)過數(shù)字濾波后得到當(dāng)前溫度測量值TempMeasure，經(jīng)過與當(dāng)前段溫度設(shè)定值TempSet差值運(yùn)算后，得到當(dāng)前k時刻的偏差e(k)＝TempMeasure-TempSet，根據(jù)上一時刻(k-1時刻)的溫度偏差e(k-1)可得偏差變化率Δe(k)，最后，將所得溫度測量值、溫度偏差以及偏差變化率送往規(guī)則庫，進(jìn)行推理計(jì)算；2)專家規(guī)則庫與知識庫根據(jù)注射模塑成型機(jī)料桶溫度特性，即升溫狀態(tài)與保溫狀態(tài)，將規(guī)則庫組織為升溫規(guī)則庫和保溫規(guī)則庫，將規(guī)則庫組織為4個大規(guī)則區(qū)域，這幾部分規(guī)則相輔相成，不可分割，注射模塑成型機(jī)料桶的溫度控制最終歸結(jié)為產(chǎn)品生產(chǎn)工作態(tài)的溫度控制，即保溫階段的溫度控制，升溫階段可以看做是一種靜態(tài)行為，當(dāng)?shù)綔囟鹊竭_(dá)設(shè)定值進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時，溫度的控制精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此，在升溫階段，規(guī)則庫相對簡單，其關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在溫度上升的快速性和防止溫度過沖以及保持溫度穩(wěn)定性和魯棒性，根據(jù)保溫階段的重要性，保溫規(guī)則庫中加入了參數(shù)自適應(yīng)算法，以保證控制精度和穩(wěn)定性，知識庫中主要存放經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、性能指標(biāo)以及自適應(yīng)計(jì)算公式等；3)參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整主要是用來當(dāng)運(yùn)行工況或系統(tǒng)特性發(fā)生變化時能夠及時對控制算法進(jìn)行調(diào)整，以防止控制品質(zhì)惡化，保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，注射模塑成型機(jī)料桶具有很大的滯后時間，各段之間溫度相互耦合作用較強(qiáng)，尤其是相鄰兩段之間，并且當(dāng)遇到外界較強(qiáng)干擾或者運(yùn)行工況發(fā)生變化時，系統(tǒng)特性也隨之變化，因此難以得到精確的數(shù)學(xué)模型。但在控制中又不能完全脫離系統(tǒng)本身特性，因此，在本方法中，根據(jù)現(xiàn)場對各種型號的注射模塑成型機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)所得經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合注射模塑成型機(jī)料桶特性，采用了非確定模型參數(shù)自適應(yīng)算法，估算料桶的滯后時間τ，滯后時間τ會使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定，因此在傳統(tǒng)的PID控制或不考慮延時因素的模糊控制中，當(dāng)溫度變化比較劇烈時，為抑制溫度變化趨勢則會連續(xù)施加控制量，當(dāng)溫度回升時，由于滯后的影響一般會引起較大過沖，因此為防止這種情況，本方法采用前饋控制和自適應(yīng)算法實(shí)施控制，這樣可以有效避免溫度過沖，同時又可以及時抑制溫度下沖，自適應(yīng)算法對注射模塑成型機(jī)料桶的射嘴和進(jìn)料口段的控制最有作用，因?yàn)榍罢呷菀资芡饨绛h(huán)境影響，后者受循環(huán)冷卻水的影響，穩(wěn)定性易受影響；4)控制輸出控制輸出與知識庫緊密相連，本方法根據(jù)當(dāng)前是升溫階段還是保溫階段，溫度處于上升還是下降以及偏差變化率的大小，采用了多種形式的PID算法，包括位置式、增量式、積分分離式、純比例式以及它們的混合控制，即知識庫中的自適應(yīng)PID算法，知識庫中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)用來限制計(jì)算公式所計(jì)算的輸出量，在常規(guī)情況下，由計(jì)算公式所得的控制輸出量即為加熱時間，但當(dāng)處于自適應(yīng)調(diào)整時，當(dāng)前計(jì)算所得控制量要根據(jù)當(dāng)前工況下的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行極值限制，即限制輸出的極大值或極小值，以防止控制量過大或過小，性能指標(biāo)主要用于偏差及偏差率計(jì)算，反應(yīng)當(dāng)前控制效果的優(yōu)劣，及時進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。
所述的注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制方法，在線實(shí)時溫度數(shù)據(jù)由溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，并由下位機(jī)進(jìn)行數(shù)字濾波后送入計(jì)算。
所述的注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制方法，用專家規(guī)則庫作為判斷推理的準(zhǔn)則時，可以劃分為升溫和保溫規(guī)則庫。
所述的注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制方法，用知識庫作為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式等的載體，在通過專家規(guī)則庫做出判斷后對控制量進(jìn)行限制。
所述的注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制方法，在對溫度控制進(jìn)行參數(shù)調(diào)整時，使用的是以料桶共性特征為基礎(chǔ)的非確定模型參數(shù)自適應(yīng)算法，對升溫和保溫PID參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。
所述的注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制方法，在對控制輸出進(jìn)行計(jì)算時，采用多種PID算式，同時根據(jù)升溫和保溫狀態(tài)，采用自適應(yīng)PID算法進(jìn)行控制輸出。
控制輸出電路主要由1隔離輸出電路、2達(dá)林頓驅(qū)動、3繼電器輸出、4過流保護(hù)電路、5輸出濾波電路、6交流接觸器輸出六部分組成。主控器送來的各路控溫信號經(jīng)數(shù)字隔離后再由達(dá)林頓管驅(qū)動對應(yīng)繼電器，繼電器控制端接料桶各段加熱線圈，通過控制對應(yīng)料桶各段加熱線圈的交流接觸器通斷來達(dá)到控溫目的，過流保護(hù)電路和交流輸出濾波電路是保護(hù)電路。
本發(fā)明可用于對溫度精度要求較高的大中小多種型號的塑機(jī)，可以降低因溫度影響而導(dǎo)致的次品率，提高生產(chǎn)效率。用于各種型號的注射模塑成型機(jī)(Plastic Injection Molding Machine)的料桶溫度控制，并適用于類似對象的溫度控制。


圖1為料桶測溫結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本方法控制流程圖。
圖3為專家規(guī)則庫圖。
圖4為自適應(yīng)算法流程圖。
圖5為控制效果圖。(以四段為例)圖6為射嘴控制效果詳圖。
圖7為1段控制效果詳圖。
圖8為2段控制效果詳圖。
圖9為3段控制效果詳圖。
圖10為本發(fā)明的電路圖。
具體實(shí)施例方式
為更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖及具體的實(shí)施例做進(jìn)一步描述。
本發(fā)明的被控對象如圖1所示。圖中以四段容量為150g注射模塑成型機(jī)料桶為例進(jìn)行說明。圖1中標(biāo)注0表示塑機(jī)料桶射嘴段，其上嵌套環(huán)形熱電偶5，因此射嘴溫度比較容易受環(huán)境溫度變化的影響。標(biāo)注1表示注射模塑成型機(jī)料桶第1段，K型熱電偶5埋于其中，因此受環(huán)境溫度變化的影響較小，能夠更真實(shí)的反映料桶當(dāng)前段內(nèi)部溶膠的溫度。標(biāo)注2表示料桶第2段，與第1段一起被稱為中間段。中間段是為溶膠的主體，其溫度的穩(wěn)定性和精度直接影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此其重要性不言而喻。標(biāo)注3表示注射模塑成型機(jī)料桶的第3段，即進(jìn)料口段。此段與射嘴段一樣，具有特殊性。一般在生產(chǎn)運(yùn)行期間，在進(jìn)料口附近有循環(huán)冷卻水冷卻料口溫度，而在靜態(tài)加熱和停止生產(chǎn)期間，冷卻水會關(guān)閉，因此特性上會與其他段有所不同，在算法上對此段要有很強(qiáng)的自適應(yīng)性才能達(dá)到控制精度。圖1中料桶尾部三角形7表示進(jìn)料斗。料桶每一段都有相應(yīng)功率的電加熱圈6，通過交流接觸器8提供220V(50Hz)的交流電。料桶內(nèi)部安裝有螺桿，當(dāng)執(zhí)行溶膠動作時，螺桿反旋后退，將塑膠顆粒溶化成膠體狀，此時由于進(jìn)料口段因?yàn)槿苣z而導(dǎo)致溫度下降較快，料口段控溫的穩(wěn)定性易受影響。
圖2為本方法控制流程圖，也即本發(fā)明在方法上的一個實(shí)施例框圖。當(dāng)控制系統(tǒng)上電啟動后，通過上位機(jī)溫度設(shè)定畫面根據(jù)料桶實(shí)際段數(shù)進(jìn)行位選設(shè)定，然后啟動加熱，下位機(jī)主程序調(diào)用溫度控制模塊開始對溫度進(jìn)行控制。溫控模塊的第一步先對算法中所用到的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行初始化，包括測量值TempMeasure、偏差e(k)、上一時刻偏差e(k-1)等等。初始化完畢后，溫度采樣板將采集到的各段實(shí)時數(shù)據(jù)送到下位機(jī)控制系統(tǒng)，下位機(jī)將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波后得真實(shí)測量值TempMeasure送往溫控模塊。
根據(jù)知識庫的判斷結(jié)果，程序分別進(jìn)入專家規(guī)則庫的升溫規(guī)則庫或保溫規(guī)則庫進(jìn)行推理計(jì)算，如圖所示。偏差e(k)及偏差率Δe(k)是進(jìn)行推理的基本輸入值，是參與推理的必要條件。規(guī)則庫和知識庫的加工處理主要有下述幾種方式
1.建立判斷規(guī)則本發(fā)明的規(guī)則是采用知識產(chǎn)生式表示法來建立，基本形式為IF(Conditions) THEN (Results)式中Conditions判斷的狀態(tài)條件Results判斷結(jié)果所要執(zhí)行的動作。
上式的含義為如果注射模塑成型機(jī)料桶某一段溫度條件Conditons得到滿足，則可認(rèn)為結(jié)論Results成立。
按照上式的產(chǎn)生式規(guī)則表示法，本發(fā)明將現(xiàn)場專家經(jīng)驗(yàn)利用前向推理方法，提煉成大量的規(guī)則，存放于程序中形成規(guī)則知識庫，以備在進(jìn)行控制推理判斷時使用。
圖3詳細(xì)描述了本發(fā)明所建立的規(guī)則庫。規(guī)則庫根據(jù)注射模塑成型機(jī)料桶溫度狀態(tài)從整體上分為兩大規(guī)則庫，即升溫規(guī)則庫與保溫規(guī)則庫，具體組織為4個大規(guī)則區(qū)域。圖中S1表示升溫狀態(tài)時第一分規(guī)則下限條件；S2表示升溫狀態(tài)時第一分規(guī)則上限條件和第二分規(guī)則下限條件；S3、S4、S5、S6如此類推；B1表示保溫狀態(tài)時第一分規(guī)則上限條件；B2、B3意義如此類推。
根據(jù)將此算法應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)設(shè)備上運(yùn)行生產(chǎn)的結(jié)果看，控制輸出的準(zhǔn)確性與溫度的控制精度與規(guī)則的制定的準(zhǔn)確性密切相關(guān)。
2.形成基于原理的公式和經(jīng)驗(yàn)公式在理論上，只要能針對一個具體對象構(gòu)建一個精確的數(shù)學(xué)模型，就可對其實(shí)現(xiàn)精確的控制，但實(shí)際上，工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境各種干擾因素眾多，針對注射模塑成型機(jī)設(shè)備，干擾如環(huán)境溫度、不同時段工業(yè)電壓、塑膠特性等等都會對注射模塑成型機(jī)料桶特性產(chǎn)生顯著影響，因此在強(qiáng)干擾環(huán)境中要精確描述系統(tǒng)模型很難，為了能夠準(zhǔn)確描述注射模塑成型機(jī)料桶某一狀態(tài)特征和溫度變化趨勢，本發(fā)明通過理論加專家經(jīng)驗(yàn)的方式，經(jīng)適當(dāng)組合形成多個基于原理的計(jì)算公式和經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算特征參數(shù)，這就是公式化的知識庫。
公式的構(gòu)成可以分為兩類一類是經(jīng)驗(yàn)的，即從長期生產(chǎn)實(shí)踐中總結(jié)得到，主要是對控制輸出限制，既保證控制量不能過大以防溫度過沖，又保證控制量不能過小以防抑制不住變化趨勢；另一類是基于原理的計(jì)算公式，即各種形式的PID算法。針對不同階段的系統(tǒng)特性和控制要求，本發(fā)明采用了包括位置式、增量式、積分分離式、PI以及純比例控制以及它們的混合體等多種PID控制。在實(shí)際應(yīng)用中，基于原理的公式根據(jù)不同階段的PID參數(shù)計(jì)算得到控制量，經(jīng)驗(yàn)公式則根據(jù)不同階段的特性對控制量進(jìn)行極大與極小限制，以符合系統(tǒng)真正的控制要求。
3.參數(shù)自適應(yīng)處理圖4詳細(xì)說明了參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整的流程。在注射模塑成型機(jī)料桶的溫度控制過程中存在許多非常規(guī)性問題，有時當(dāng)工況改變時通過規(guī)則庫得到的推理結(jié)果并不令人滿意，導(dǎo)致控制效果不能及時反應(yīng)溫度變化，因此，必須采用一定的自適應(yīng)處理來對控制過程進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以準(zhǔn)確反映工況的變化，保持系統(tǒng)穩(wěn)定性。本方法采用了參數(shù)自適應(yīng)算法，在控制過程中，通過記錄系統(tǒng)輸入與輸出狀態(tài)辨識系統(tǒng)當(dāng)前特性，然后正向或反向調(diào)整PID控制參數(shù)，進(jìn)行自適應(yīng)控制。例如圖4中所示，在第一個流程即δ1＜e(k)＜δ0分支中(δ1、δ0分別表示控制閾值)，當(dāng)連續(xù)N個周期溫度仍然落在(δ1，δ0)之間，則表明輸出在當(dāng)前限制范圍內(nèi)已經(jīng)達(dá)到積分飽和，為消除此種影響，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)公式以及系統(tǒng)特性進(jìn)行參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整，具體方法如下塑機(jī)料桶存在較大的時延和滯后，經(jīng)過對系統(tǒng)進(jìn)行離線辨識以及料桶筒傳熱的物理學(xué)特性可知得知，可將其中每一個單段看作一階慣性加純滯后系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為G(s)=KTs+1e-τs]]>寫成時域的形式為A(q-1)y(t)＝q-1B(q-1)u(t)+yd其中A(q-1)＝1+a1q-1)，B(q-1)＝b0+b1q-1，q-1表示純滯后時間，y(t)表示對象輸出，u(t)為控制輸出，即對象的輸入，yd為擾動。
此時所對應(yīng)的PID控制u(t)可表示為u(t)=HF(q-1)r(t)-G(q-1)F(q-1)y(t)]]>其中r(t)為參考輸入，F(xiàn)，G，H分別對應(yīng)輸入與輸出的多項(xiàng)式表達(dá)式。將上式帶入對象的方程式中，就得到整個閉環(huán)系統(tǒng)的方程如下(AF+q-1BG)y(t)＝Hq-1Br(t)+Fyd式中A，B，G，F(xiàn)分別表示A(q-1)，B(q-1)，G(q-1)，F(xiàn)(q-1)。
在進(jìn)行自適應(yīng)參數(shù)調(diào)整的時候，本發(fā)明沒有采用遞推參數(shù)估計(jì)的算法，而是根據(jù)知識庫中經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式以當(dāng)前正在使用的參數(shù)A，B以漸進(jìn)的方式估計(jì)

然后求解F，G。實(shí)際上最終調(diào)整的是PID的KP，KI，KD三個參數(shù)，改變控制輸出量，加強(qiáng)正向或反向控制作用。
其他分支流程的自適應(yīng)調(diào)整算法與上述類似。
圖5為4段150g注射模塑成型機(jī)料桶的升溫與保溫曲線圖。數(shù)據(jù)取自實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行期間實(shí)時記錄的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)總時長為4.2小時，升溫時間小于20分鐘(從升溫到穩(wěn)定)，采樣精度為0.25℃，保溫階段偏差＜±1℃，可滿足高精度的注塑要求。其中曲線1表示注射模塑成型機(jī)料桶射嘴段的升溫與保溫曲線；2表示注射模塑成型機(jī)料桶1段的升溫與保溫曲線；3表示注射模塑成型機(jī)料桶2段的升溫與保溫曲線。5表示各段的保溫過程。
圖6-9分別為每一段的詳細(xì)升溫與保溫曲線圖。圖6中1表示射嘴段升溫階段，2表示保溫階段(生產(chǎn)運(yùn)行態(tài))。射嘴的設(shè)定值為148℃，超調(diào)小于1℃，圖中3表示溫度上限，即149℃，4表示溫度下限，即147℃。圖7中1段的設(shè)定值為149℃，超調(diào)小于1℃，3表示溫度上限，即150℃，4表示溫度下限，即148℃。圖8中2段的設(shè)定值為145℃，超調(diào)小于3℃。圖9中3段的設(shè)定值為140℃，超調(diào)小于3℃，其他標(biāo)注的意義同上。詳細(xì)性能指標(biāo)見表1。
表1料桶各段加溫控制性能指標(biāo)

圖10本發(fā)明的電路圖。
控溫電路主要由1隔離輸出電路、2達(dá)林頓驅(qū)動、3繼電器輸出、4過流保護(hù)電路、5輸出濾波電路、6交流接觸器輸出六部分組成。主控器送來的各路控溫信號經(jīng)數(shù)字隔離后再由達(dá)林頓驅(qū)動對應(yīng)繼電器，繼電器控制端接料桶各段加熱線圈，通過控制對應(yīng)料桶各段加熱線圈的交流接觸器通斷來達(dá)到控溫目的過流保護(hù)電路和交流輸出濾波電路是保護(hù)電路。
本發(fā)明所采用的算法具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，能根據(jù)不同特性、不同容量的料桶進(jìn)行專家自適應(yīng)控制，體現(xiàn)了較強(qiáng)的魯棒性。
權(quán)利要求
1.一種基于專家規(guī)則的自適應(yīng)控制注射模塑成型機(jī)料桶溫度的方法，其特征包括溫度數(shù)據(jù)獲取、專家規(guī)則庫和知識庫的組織、參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整和控制輸出四個主要方面，整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、規(guī)則庫、知識庫、自適應(yīng)算法以及控制輸出單元組成，所有的溫度數(shù)據(jù)均以注射模塑成型機(jī)料桶的熱電偶在線實(shí)時動態(tài)采集，經(jīng)過與規(guī)則庫的規(guī)則比較判斷，再根據(jù)具體某條規(guī)則以知識庫中的數(shù)據(jù)或經(jīng)驗(yàn)公式為依據(jù)，根據(jù)升溫狀態(tài)和保溫狀態(tài)的自適應(yīng)算法，最后輸出控制量，具體如下1)溫度數(shù)據(jù)獲取塑機(jī)料桶每段都安裝有K型熱電偶一個，實(shí)時測量當(dāng)前段溫度，溫度采樣板將熱電偶信號變送為數(shù)字溫度信號后送注射模塑成型機(jī)控制器，經(jīng)過數(shù)字濾波后得到當(dāng)前溫度測量值TempMeasure，經(jīng)過與當(dāng)前段溫度設(shè)定值TempSet差值運(yùn)算后，得到當(dāng)前k時刻的偏差e(k)＝TempMeasure-TempSet，根據(jù)上一時刻的溫度偏差e(k-1)可得偏差變化率Δe(k)，最后，將所得溫度測量值、溫度偏差以及偏差變化率送往規(guī)則庫，進(jìn)行推理計(jì)算；2)專家規(guī)則庫與知識庫根據(jù)注射模塑成型機(jī)料桶熱熔特性，即升溫狀態(tài)與保溫狀態(tài)，將規(guī)則庫組織為升溫規(guī)則庫和保溫規(guī)則庫，具體為4個大規(guī)則區(qū)域，注射模塑成型機(jī)料桶的溫度控制最終歸結(jié)為產(chǎn)品生產(chǎn)工作態(tài)的溫度控制，即保溫階段的溫度控制，其關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在溫度上升的快速性和防止溫度過沖以及保持溫度穩(wěn)定性和魯棒性，根據(jù)保溫階段的重要性，在保溫庫中加入了參數(shù)自適應(yīng)算法，以保證控制精度和穩(wěn)定性，知識庫中主要存放經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、性能指標(biāo)以及自適應(yīng)計(jì)算公式等；3)參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整主要是用來當(dāng)運(yùn)行工況或系統(tǒng)特性發(fā)生變化時能夠及時對控制算法進(jìn)行調(diào)整，以防止控制品質(zhì)惡化，保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，根據(jù)對現(xiàn)場各種型號的注射模塑成型機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)所得經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合注射模塑成型機(jī)料桶特性，利用參數(shù)估計(jì)方法估計(jì)滯后時間τ，為防止溫度回升時導(dǎo)致過沖，根據(jù)τ和非確定模型參數(shù)自適應(yīng)算法來實(shí)施前饋控制，這樣可以有效避免溫度過沖，同時又可以及時抑制溫度下沖；4)控制輸出控制輸出與知識庫緊密相連，本方法根據(jù)當(dāng)前是升溫階段還是保溫階段，溫度處于上升還是下降以及偏差變化率的大小，采用了多種形式的PID算法，包括位置式、增量式、積分分離式、純比例式以及它們的混合控制，即知識庫中的自適應(yīng)PID算法，知識庫中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)用來限制計(jì)算公式所計(jì)算的輸出量，在常規(guī)情況下，由計(jì)算公式所得的控制輸出量即為加熱時間，但當(dāng)處于自適應(yīng)調(diào)整時，當(dāng)前計(jì)算所得控制量要根據(jù)當(dāng)前工況下的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制比限制，以防止控制量過大或過小，性能指標(biāo)主要用于偏差及偏差率計(jì)算，反應(yīng)當(dāng)前控制效果的優(yōu)劣，及時進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。
2.按權(quán)利要求1所述的注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制方法，其特征在于在線實(shí)時溫度數(shù)據(jù)由溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，并由下位機(jī)進(jìn)行數(shù)字濾波后送入計(jì)算。
3.按權(quán)利要求1所述的注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制方法，其特征在于用專家規(guī)則庫作為判斷推理的準(zhǔn)則時，可以劃分為升溫和保溫規(guī)則庫。
4.按權(quán)利要求1所述的注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制方法，其特征在于用知識庫作為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)公式等的載體，在通過專家規(guī)則庫做出判斷后對控制量進(jìn)行限制。
5.按權(quán)利要求1所述的注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制方法，其特征在于在對溫度控制進(jìn)行參數(shù)調(diào)整時，使用的是以料桶共性特征為基礎(chǔ)的非確定模型參數(shù)自適應(yīng)算法，對升溫和保溫PID參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。
6.按權(quán)利要求1所述的注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制方法，其特征在于在對控制輸出進(jìn)行計(jì)算時，采用多種PID算式，同時根據(jù)升溫和保溫狀態(tài)，采用自適應(yīng)PID算法進(jìn)行控制輸出。
7.一種基于專家規(guī)則的自適應(yīng)控制注射模塑成型機(jī)料桶溫度控制電路，其特征在于，控溫電路主要由隔離輸出電路(1)、達(dá)林頓驅(qū)動(2)、繼電器輸出(3)、過流保護(hù)電路(4)、輸出濾波電路(5)、交流接觸器輸出(6)六部分組成，主控器送來的各路控溫信號經(jīng)數(shù)字隔離后再由達(dá)林頓管驅(qū)動對應(yīng)繼電器，繼電器控制端接料桶各段加熱線圈，通過控制對應(yīng)料桶各段加熱線圈的交流接觸器通斷來達(dá)到控溫目的，過流保護(hù)電路和交流輸出濾波電路是保護(hù)電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及自適應(yīng)溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種用于注射模塑成型機(jī)的基于專家規(guī)則的自適應(yīng)溫度控制方法及其電路。整個系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、規(guī)則庫、知識庫、自適應(yīng)算法以及控制輸出單元組成，具體如下1)溫度數(shù)據(jù)獲?。?)專家規(guī)則庫與知識庫；3)參數(shù)自適應(yīng)調(diào)整；4)控制輸出。電路包括隔離輸出電路(1)、達(dá)林頓驅(qū)動(2)、繼電器輸出(3)、過流保護(hù)電路(4)、輸出濾波電路(5)、交流接觸器輸出(6)。該方法滿足高精度注塑要求，穩(wěn)定性和魯棒性高，能夠顯著提高產(chǎn)品的正品率。
文檔編號B29C45/78GK1919579SQ20051009331
公開日2007年2月28日 申請日期2005年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月25日
發(fā)明者杜金華, 宋英華, 徐爽, 徐波, 王云寬 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所