許晨嘉（合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）

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基于模糊PID技術(shù)的注塑機(jī)溫度控制研究

許晨嘉
（合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230009）

摘要：注塑機(jī)料筒溫度控制是決定塑料產(chǎn)品質(zhì)量的決定性因素，為了能夠提高其料筒溫度控制的精度和穩(wěn)定性，將模糊PID控制技術(shù)應(yīng)用于注塑機(jī)料筒溫度控制中。首先，研究了模糊PID控制系統(tǒng)的基本原理；其次，設(shè)計(jì)了注塑機(jī)料筒溫度的模糊PID控制系統(tǒng)，設(shè)置了模糊控制規(guī)則；最后，分別利用傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)和模糊PID控制系統(tǒng)對(duì)注塑機(jī)料筒溫度進(jìn)行控制仿真研究，仿真結(jié)果表明模糊PID控制技術(shù)能夠獲得更好的控制效果。

關(guān)鍵詞：模糊PID；注塑機(jī)；溫度；控制

注塑機(jī)是用于加工塑料產(chǎn)品的關(guān)鍵設(shè)備，在注塑機(jī)加工過(guò)程控制中溫度是一個(gè)非常關(guān)鍵點(diǎn)控制指標(biāo)。注塑機(jī)料筒的溫度是決定加工的塑料產(chǎn)品品質(zhì)的決定性因素，在注塑機(jī)工作過(guò)程中，盡可能地使其料筒溫度在預(yù)先設(shè)定的溫度值附件產(chǎn)生較小的波動(dòng)。目前，PID控制系統(tǒng)是進(jìn)行注塑機(jī)料筒溫度控制的主要技術(shù)，在使用過(guò)程中需要反復(fù)地調(diào)節(jié)PID控制參數(shù)才能獲得料筒溫度控制的目的，因此，操作過(guò)于復(fù)雜，控制精度也難以保證。為了能夠提高PID控制系統(tǒng)的有效性，需要對(duì)傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，將模糊控制和傳統(tǒng)的PID控制技術(shù)融合起來(lái)構(gòu)造了模糊PID控制系統(tǒng)，用于注塑機(jī)料筒溫度的控制中，能夠有效地提高注塑機(jī)料筒溫度的控制精度，具有較好的自適應(yīng)性[1]。

1　模糊PID控制系統(tǒng)的基本原理

PID控制器屬于線性控制器，控制偏差可以表示為如下的形式：

式中，R(t)表示控制系統(tǒng)的溫度給定值，Y(t)表示控制系統(tǒng)的溫度實(shí)際輸出值。PID控制模型可以表示為如下的形式[2]：

式中，s為序列，s=0,1,2；Q(s)為輸出值；EC(s)為輸出偏差變化量，EC(s)=E(s)-E(s-1)；為系統(tǒng)輸入的誤差；KP為比例因子；KI為積分因子；KD為微分因子。

模糊PID控制系統(tǒng)就是把模糊控制和PID控制的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)構(gòu)造的，相應(yīng)的參數(shù)表達(dá)式如下所示：

2　注塑機(jī)料筒溫度的模糊PID控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于模糊PID技術(shù)的注塑機(jī)料筒溫度控制系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

圖1　注塑機(jī)料筒溫度

依據(jù)注塑機(jī)料筒溫度控制的實(shí)際需求，構(gòu)造相應(yīng)的傳遞函數(shù)，相應(yīng)的表達(dá)式如下所示[3]：

焦俊麗

表1　△KP　模糊控制規(guī)則

表2　△K1　模糊控制規(guī)則

表3　△KD　模糊控制規(guī)則

依據(jù)設(shè)計(jì)的模糊控制規(guī)則可以獲得相應(yīng)的控制邏輯表，模糊PID控制器的輸出值獲取流程如下所示[4]：

步驟1：計(jì)算模糊推理的全部元素的重心；

步驟2：根據(jù)步驟1的結(jié)果能夠確定精確值，相應(yīng)的求解方程如下所示：

式中，U*為精確值；λ(i)為△KP、△KI和△KD的隸屬度函數(shù)，n為輸出元素的數(shù)目。

3　注塑機(jī)溫度控制仿真分析

為了驗(yàn)證模糊PID控制系統(tǒng)的有效性，進(jìn)行了注塑機(jī)料筒溫度的控制仿真研究，仿真程序利用MATLAB軟件編制，同時(shí)利用傳統(tǒng)的PID控制系統(tǒng)對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行控制仿真研究，仿真結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　注塑機(jī)料筒溫度控制仿真對(duì)比結(jié)果

從表4的仿真對(duì)比結(jié)果可知，利用模糊PID控制系統(tǒng)進(jìn)行注塑機(jī)料筒溫度控制仿真的過(guò)程中，四個(gè)料筒所得的超調(diào)量均小于傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)所獲得的超調(diào)量，同時(shí)模糊PID控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差小于傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)偏差，從而表明，模糊PID控制系統(tǒng)具有較好的溫度控制效果，能夠使注塑機(jī)料筒溫度處于平穩(wěn)的狀態(tài)。

4　結(jié)論

將模糊控制和傳統(tǒng)PID控制技術(shù)融合起來(lái)構(gòu)造了注塑機(jī)料筒溫度控制系統(tǒng)，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)的缺陷，并且進(jìn)行了溫度控制仿真分析，仿真結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)具有較小的超調(diào)量和穩(wěn)態(tài)誤差，能夠獲得更好的控制效果，使料筒溫度控制于穩(wěn)定值之內(nèi)，從而能夠提高塑料產(chǎn)品的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周朋，虎恩典，趙文賢，等.一種多回路注塑機(jī)流體溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2015,(10):3406～3408.

[2] 陳立堯，彭雨春.全電動(dòng)注塑機(jī)中的高精度溫度控制要素研究[J].中國(guó)塑料，2013,(10):93～97.

[3] 吳上生，陸振威，陳維克，等.基于PID模糊控制與堵塞模型的過(guò)濾器反沖洗系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造工程，2016，(1):134～137.

[4] 趙鴻博， 張斌斌， 李健， 等. 基于模糊PID控制的船舶搖擺仿真平臺(tái)研究[J]. 液壓與氣動(dòng)， 2016, (1):32～35.

Research on temperature control of injection molding machine based on fuzzy PID technology

(P-01)

Fuzzy PID based temperature control for injection molding machines

Key words：fuzzy PID; injection molding machine; temperature; control

Abstract：Temperature control of the injection molding machine barrel is the decisive factor of the quality of plastic products, in order to improve the material barrel temperature control accuracy and stability, the fuzzy PID control technology is used in injection molding machine barrel temperature control. Firstly, the principles of fuzzy PID control system was studied; secondly, the injection molding machine barrel temperature fuzzy PID control system was designed, and the fuzzy control rule was set up. Finally, use the traditional PID control system and fuzzy PID control system to simulate injection molding machine barrel temperature control. The simulation results show that the fuzzy PID control technology can obtain better control effect.

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ320.52

文章編號(hào)：1009-797X(2016)12-0009-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.003

作者簡(jiǎn)介：許晨嘉（1991-），男，碩士，機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)與制造，主要從事機(jī)電裝備的機(jī)械設(shè)計(jì)研究及注塑模具設(shè)計(jì)、流動(dòng)分析、注塑工藝分析研究工作

收稿日期：2016-04-18