專利名稱：用于注射模塑成型機(jī)的自適應(yīng)溫度控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及自適應(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
現(xiàn)有技術(shù)中存在注射模塑成型機(jī)料桶的溫度控制影響精密注塑的問題，為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本實(shí)用新型的目的是提高注塑精度，降低產(chǎn)品次品，提高正品率，為此，本實(shí)用新型提供一種用于注射模塑成型機(jī)的自適應(yīng)溫度控制電路。
為實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本實(shí)用新型所采用的技術(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)。
本實(shí)用新型以專家規(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。
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。
本實(shí)用新型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。
本實(shí)用新型所用的電路均屬一般、常規(guī)電路。


圖1為料桶測溫結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為專家規(guī)則庫圖。
圖3為塑機(jī)料桶(4段-150g)溫度控制曲線圖。
圖4為塑機(jī)料桶(4段-150g)射嘴段溫度控制曲線圖。
圖5為塑機(jī)料桶(4段-125g)1段溫度控制曲線圖。
圖6為塑機(jī)料桶(4段-150g)2段溫度控制曲線圖。
圖7為塑機(jī)料桶(4段-150g)3段溫度控制曲線圖。
圖8為本實(shí)用新型的電路圖。
具體實(shí)施方式
為更好地理解本實(shí)用新型的技術(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。
本實(shí)用新型的被控對象如圖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詳細(xì)描述了本實(shí)用新型所建立的規(guī)則庫。
1.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，本實(shí)用新型通過理論加專家經(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，本實(shí)用新型采用了包括位置式、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3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4-7分別為每一段的詳細(xì)升溫與保溫曲線圖。圖4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6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8本實(shí)用新型的電路圖。
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。
本實(shí)用新型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1.一種用于注射模塑成型機(jī)的自適應(yīng)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。
專利摘要本實(shí)用新型涉及自適應(yīng)溫度控制技術(shù)領(lǐng)域，公開一種用于注射模塑成型機(jī)的自適應(yīng)溫度控制電路，解決注射模塑成型機(jī)料桶的溫度控制影響精密注塑的問題，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)，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。本實(shí)用新型滿足高精度注塑要求，穩(wěn)定性和魯棒性高，降低因溫度影響導(dǎo)致的次品，能夠顯著提高產(chǎn)品的正品率。
文檔編號B29C45/78GK2846098SQ200520106240
公開日2006年12月13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