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工业自动化 吴清荣 等·注塑机料筒温度控制的研究

注塑机料筒温度控制的研究

吴清荣，蒋鼎
( 海天塑机集团有限公司技术四科，浙江 宁波 315800)

摘要 ： 针对客户反馈，在一些注塑机料筒部分有特殊几段的温控不能很好控制的现象。本文结合 PID 料筒温度控制的不足引
入了模糊控制，将模糊控制和 PID 控制结合起来控制料筒的温度，并运用工程软件 MATLAB7.0 进行仿真实验对比，结果表明了
模糊变系数 PID 温度控制系统的鲁棒性更好，超调减小，提高了料筒温控的精度。在注塑机快速发展的新时代，料筒温度的控制
精度越来越重要，对我司今后注塑机更精密的料筒温控发展起一个引导作用。
关键词 ： 注塑机 ；料筒温控 ；PID 控制 ；模糊控制
中图分类号 ： TQ320.6 文章编号 ： 1009-797X(2019)12-0047-07
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.12.011

在当今社会的各行各业中塑料制品的应用越来越 1.2 温度特性
多，塑料原料的注塑成型已然成为了一个热门行业。 由于将原料加热到熔融状态所需要的热量是来自
在塑料的整个注塑成型过程中，需要控制的工艺参数 电热圈的热传导，而热辐射与绝对温度成平方关系，
有很多，其中注塑机料筒的温度控制 [1~9] 始终是整个 这使得高低温时的料筒热传导速度不同，温度高时传
注塑成型过程中要求最为苛刻的，温度控制的好坏直 导快，温度低时传导慢，从温度控制特性上来说就是
接关系到原料的成型质量。当料筒温度过低时，原料 料筒加热器的时间常数和纯滞后时间减少。
粉末或者颗粒会在螺杆间产生过多不必要的剪切力， 1.3 扰动特性
长时间的话会损坏螺杆料筒，并且成型的产品质量低 料筒加热系统的干扰因素很多，电网电压的波动
下，无法满足要求 ；当料筒温度过高时，原料在料筒 会引起电阻丝的实际加热功率也发生相应的波动，再
里分子间容易发生胶联，尤其对于 PVC 这种热稳定性 者也会因为车间的叉车、行车的行走对底面产生的震
较差的原料进行注塑更是不允许的，而且会加速原料 动从而引起加热系统的波动。
氧化分解，严重时候原料可能会烧焦堵住喷嘴。在跟 由此可见，由于注塑机料筒加热器的种种特性，
踪客户反馈中，部分注塑机各段温度控制不一，比如 应用普通的 PID 控制方式已经不能很好满足高质量制
料筒各段温度控制正常而喷嘴温度特别高，或者是料 品的生成。虽然现在注塑机 PID 料筒温控能够自适应
筒相邻段温度控制干涉等，严重影响着成型制品的质 调整 PID 参数，例如积分分离 PID 控制控制，但是有
量。 时面对复杂的加热系统也难以得到理想的结果。因此
需要一种能够适应像料筒加热这种复杂多变系统的控
1 料筒加热的特点 制方式，模糊变系数 PID 控制便是这样产生的。
注塑机的料筒加热系统是一个多变量、多干扰、
多耦合的复杂系统，具体特性如下。 2 模糊变系数 PID 控制的原理 [9]
1.1 不对称性 常规的 PID 控制面对料筒温控的复杂特性难以获
料筒的加热是通过电热圈的热阻丝发热经过热传 得一组实时有效的参数，因此产生了许多 PID 的改进
导对料筒内原料进行熔融，而要是原料温度过高需要 算法，如针对 PID 算法积分项改进的积分分离 PID 算
冷却，除部分 PVC 等机器装风冷以外大部分料筒靠自 法、变速积分 PID 算法 ；针对 PID 微分项改进的不完
然冷却，因而加热升温和冷却降温表现出不同的特性
状态，这就要求料筒温度控制策略也应具有这种升温 作者简介 ：吴清荣（1988-），男，硕士研究生，主要从事
与降温不对称的特性。 项目管理及电气设计。
收稿日期 ：2018-12-20

年
2019 第 45 卷 ·47·