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基于非线性分离的注塑机料筒温控技术研究

作　者: 陈福练
导　师: 潘晓彬
学　校: 宁波大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 注塑机料筒温度控制系统仿真变功率加热
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 63次
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内容摘要

现今大约32%的塑料产品都是通过注塑机这一重要塑料机械成型加工出来的,塑料在注塑机料筒熔融塑化的过程中,按工艺要求,减少注射温度波动,对提高成型制品产量、质量有着极其重要的作用。为了更加精确的控制注塑机料筒的温度,本文建立了注塑机料筒各热源温升数学模型,引入了模糊自整定PID控制算法与对角矩阵解耦方法,并进行了模型仿真分析,结果表明该方法达到了预期的控制效果,具有较高的理论价值,全文内容简述如下:本文绪论部分首先介绍了课题的研究背景、国内外料筒温度控制方法及温度控制技术指标,分析了塑料原料在料筒中熔融塑化过程,并着重论述了温度波动对注塑成型产品质量的影响。第二章介绍注塑机料筒的结构,分析了料筒加热过程的多热源非线性特性。根据实测温度数据,采用实验法建立了三加热器温升耦合矩阵传递函数的动态数学模型,同时,采用解析法建立了料筒内摩擦剪切温升的数学模型,并列出了各模型详细的数学表达式。建立数学模型往往是为了实施高级控制,针对料筒单段温度控制本文第三章提出了基于模糊控制的PID参数自整定策略,建立了针对料筒多热源非线性特性的物理意义明确的模糊规则表,设计了模糊自整定PID控制算法,并采用已建立的数学模型,借助MATLAB/Simulink软件进行仿真,结果表明与普通PID控制方法相比,模糊自整定PID控制方法具有动态性能好、稳态精度高、抗干扰能力强等优点,在理论上,可有效提高料筒单段温度的控制精度。第四章对注塑机料筒段间温度的强耦合特性进行了分析,针对料筒各段温度之间的强耦合特性,提出了对角矩阵解耦控制策略,通过对角矩阵解耦使具有强耦合非线性特性的料筒各段温度实现解耦分离控制,并采用MATLAB/Simulink进行仿真,结果表明该解耦方法解决了料筒两段温度耦合问题,实现了料筒温度的非线性分离,并采用模糊自整定PID控制器对分离后料筒各段温度进行控制,从而提高料筒整体的温度控制精度。第五章提出了一种通过改变可控硅导通角实现料筒数字式变功率加热的方法,设计了实验电路,并采用多线程技术编写了VB应用软件,提高了系统控制的实时性。经初步验证,该装置可在交流电半周期时间段内,从0V到220V任意调整加热器的加热电压,实现变功率加热,使得模糊自整定PID输出量快速反应到加热器的电压上,实现了控制器对加热器加热功率调节控制的快速响应性,可减少加热温度的超调。最后本文对课题研究作了总结,并对未来的研究工作进行了展望。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-16
  1.1 课题的背景及意义  10
  1.2 注塑机料筒塑料原料的熔融注射过程  10-12
  1.3 熔融物料温度波动对塑料制品的影响  12-13
  1.4 目前国内外注塑机料筒的温度控制方法概述  13-14
  1.5 料筒温度控制的技术指标  14
  1.6 本文的主要工作  14-16
2 料筒各热源数学模型的分析与建立  16-30
  2.1 料筒的结构特点和多热源模型分析  16-17
  2.2 料筒各段加热器温升数学模型的建立  17-22
    2.2.1 加热器温升理论模型的建立  17-18
    2.2.2 模型辨识  18-22
  2.3 料筒摩擦剪切热数学模型  22-28
    2.3.1 热源分析与条件假设  22-23
    2.3.2 熔体输送段摩擦剪切温升数学模型的建立  23-28
    2.3.3 固体输送段及熔融段摩擦剪切热数学模型  28
  2.4 本章小结  28-30
3 料筒单段温度控制策略研究  30-41
  3.1 模糊自整定PID 控制  30-32
    3.1.1 模糊控制的基本原理  30-31
    3.1.2 模糊自整定PID 概述  31-32
  3.2 模糊自整定PID 控制器设计  32-36
    3.2.1 输入输出变量隶属函数的确定  33-35
    3.2.2 模糊控制规则的确定  35-36
  3.3 料筒温度控制仿真模型的建立  36-39
  3.4 抗干扰性分析  39-40
  3.5 本章小结  40-41
4 料筒各段温度的非线性分离控制  41-52
  4.1 注塑机料筒各段温度的耦合特性分析  41-43
  4.2 传统解耦方法概述  43
  4.3 料筒各段温度解耦控制器的设计思路  43-46
    4.3.1 对角矩阵解耦概述  43
    4.3.2 对角矩阵解耦原理  43-46
  4.4 料筒各段温度对角矩阵解耦控制  46-47
    4.4.1 静态对角矩阵解耦控制  46-47
    4.4.2 动态对角矩阵解耦控制  47
  4.5 动态模型的仿真及结果分析  47-51
    4.5.1 阶跃响应性分析  48-50
    4.5.2 料筒整体温度抗干扰性分析  50-51
  4.6 本章小结  51-52
5 料筒数字式变功率加热装置设计  52-61
  5.1 变功率原理  52-53
  5.2 变功率加热装置的电路设计  53-55
    5.2.1 过零检测电路  53-54
    5.2.2 可控硅触发电路  54-55
  5.3 基于PCI 总线的数据采集卡PCI-7483  55-56
    5.3.1 PCI 总线介绍  55
    5.3.2 PCI-7483 介绍及工作状态设置  55-56
  5.4 变功率加热装置应用软件设计  56-60
    5.4.1 系统的实时性  56-58
    5.4.2 控制系统的测控软件功能设计  58-60
  5.5 本章小结  60-61
6 总结与展望  61-62
参考文献  62-65
附录A HTF58X/1A 注塑机的主要技术参数  65-66
附录B 注塑机料筒各零件图  66-67
在学研究成果  67-68
致谢  68

基于非线性分离的注塑机料筒温控技术研究

内容摘要

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