專利名稱：一種基于模糊控制的塑料擠出裝置溫度控制專用pid方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)控制領(lǐng)域中溫度控制過程中應(yīng)用功能研究，在借鑒傳統(tǒng)PID控 制，引進模糊規(guī)則的算法和實現(xiàn)方式，通過對塑料擠出機加熱和水冷卻過程模糊規(guī)則的調(diào) 用，有效控制冷卻過程中的水汽化冷卻產(chǎn)生的非線性作用效果，使整個主機溫度控制達到 擠出溫度的要求，穩(wěn)定塑料擠出量，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
背景技術(shù)：
工業(yè)控制領(lǐng)域中溫度控制應(yīng)用的場合很多，通常說來過程中溫度控制主要包括加 熱裝置、冷卻裝置、檢測裝置、控制單元和控制對象等，如

圖1所示閉環(huán)溫度控制原理示意 圖，首先檢測裝置檢測控制對象的實際溫度，控制單元比較控制對象的實際溫度和設(shè)定溫 度的差值，通過PID或模糊等理論計算需要輸出的加熱或制冷功率大小，由加熱裝置或冷 卻裝置動作在控制對象上，在圖1構(gòu)成的閉環(huán)控制回路上實現(xiàn)如圖2所示的溫度控制過程。塑料擠出機是異型擠出生產(chǎn)和鋁塑復(fù)合管生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，塑料擠出主要是利用 塑料的可塑性，使塑料在機筒內(nèi)通過加熱和螺桿的作用，經(jīng)過破碎、融熔、塑化、排氣、壓實 過程，最后成型、冷卻定型。按照物料的不同反應(yīng)，塑料擠出過程分為三個階段塑化階段、 成型階段、定型階段。螺桿擠出機是塑料成型加工最主要的設(shè)備之一，它通過外部動力傳遞 和外部加熱元件的傳熱進行塑料的固體輸送、壓實、熔融、剪切混煉擠出成型，螺桿的旋轉(zhuǎn) 產(chǎn)生剪切力使塑料破碎；螺桿的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生推動力使破碎的塑料連續(xù)前進并因此產(chǎn)生擠出壓 力。從螺桿的分類來說，分為單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機，其中應(yīng)用最多的是雙螺桿擠出 機，圖3所示為雙螺桿擠出機，包括料斗、機筒、螺桿、機頭、和模具。料斗底部裝有截斷裝置，以便調(diào)整和切斷料流，料斗的側(cè)面裝有視孔和標定計量 裝置。機筒是一金屬圓筒，一般用耐熱、耐壓強度較高、堅固耐磨、耐腐蝕的合金鋼或內(nèi)襯合 金鋼的復(fù)合鋼管制成。機筒與螺桿配合，實現(xiàn)對塑料的粉碎、軟化、熔融、塑化、排氣和壓實， 并向成型系統(tǒng)連續(xù)均勻輸送膠料。螺桿是擠塑機的最主要部件，它直接關(guān)系到擠塑機的應(yīng) 用范圍和生產(chǎn)率，由高強度耐腐蝕的合金鋼制成。機頭由合金鋼內(nèi)套和碳素鋼外套構(gòu)成，機 頭內(nèi)裝有成型模具，機頭的作用是將旋轉(zhuǎn)運動的塑料熔體轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫兄本€運動，均勻平穩(wěn) 的導(dǎo)入模具中，并賦予塑料以必要的成型壓力。PID控制問世至今已有60多年的歷史，采用PID (比例-積分-微分)控制設(shè)計的 溫度控制器可以消除慣性溫度誤差，PID控制是根據(jù)系統(tǒng)的誤差利用比例-積分-微分計 算出控制量，由于傳統(tǒng)的PID控制算法，其運算簡單、調(diào)整方便、魯棒性強，得到非常廣泛的 應(yīng)用。為了求取PID控制過程中的比例參數(shù)P、積分參數(shù)D、微分參數(shù)I，在控制過程中通過 給定加熱或制冷控制，根據(jù)溫度的變化，求取系統(tǒng)設(shè)定溫度時的PID控制過程參數(shù)，圖4所 示PID控制原理。采用微處理器設(shè)計的溫度控制器，需要采用數(shù)字PID算法，根據(jù)PID基本控制公式 如下
權(quán)利要求
1.一種基于模糊控制的塑料擠出裝置溫度控制專用PID方法，其特征在于，該方法包括在借鑒傳統(tǒng)PID控制，引進模糊規(guī)則的算法和實現(xiàn)方式，包括參數(shù)模糊化、模糊規(guī)則推 理、參數(shù)解模糊、PID控制器等幾個重要組成部分。根據(jù)參考輸入和反饋信號，計算實際溫 度和理論溫度之間的偏差以及當前的偏差變化速度，在模糊推理器中借助模糊經(jīng)驗進行模 糊推理，模糊推理器輸出PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，把它們作為當前控 制器的參考進行PID控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于外部系統(tǒng)狀態(tài)信息的輸入，由模糊控制器 對這些信息進行預(yù)處理，轉(zhuǎn)換成模糊隸屬函數(shù)的形式；模糊輸入再經(jīng)過規(guī)則估值，得到模糊 輸出，即規(guī)則強度，最后規(guī)則強度和隸屬函數(shù)通過精確化的過程，給出精確的輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于模糊化借助于輸入模糊集合的隸屬函數(shù) 轉(zhuǎn)變輸入值為隸屬度，即模糊化是根據(jù)模糊集合轉(zhuǎn)變輸入值為隸屬度值的過程。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于針對塑料擠出冷卻過程中的水汽化冷卻 產(chǎn)生的非線性作用設(shè)計不同溫度范圍的隸屬度，根據(jù)模糊規(guī)則前提條件中的語言變量把輸 入值進行轉(zhuǎn)變，每個隸屬度；值均與特定模糊集合相關(guān)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種基于模糊控制的塑料擠出裝置溫度控制專用PID方法，在借鑒傳統(tǒng)PID控制，引進模糊規(guī)則的算法和實現(xiàn)方式，包括參數(shù)模糊化、模糊規(guī)則推理、參數(shù)解模糊、PID控制器等幾個重要組成部分。根據(jù)參考輸入和反饋信號，計算實際溫度和理論溫度之間的偏差以及當前的偏差變化速度，在模糊推理器中借助模糊經(jīng)驗進行模糊推理，模糊化借助于輸入模糊集合的隸屬函數(shù)轉(zhuǎn)變輸入值為隸屬度，模糊推理器輸出PID控制器的比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，把它們作為當前控制器的參考進行PID控制。通過對塑料擠出機加熱和水冷卻過程模糊規(guī)則的調(diào)用，可以有效控制冷卻過程中的水汽化冷卻產(chǎn)生的非線性作用效果，使整個主機溫度控制達到擠出溫度的要求，穩(wěn)定塑料擠出量，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
文檔編號G05B11/42GK102129221SQ20101003414
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者劉巖, 周建波, 孫磊, 王秉鑒, 鮑治坤 申請人:丹納赫西特傳感工業(yè)控制(天津)有限公司