CN101073913A - 自适应温度实时控制注塑机控制器、控制方法、及其控温电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及全闭环控制的电动式注塑机的自适应温度实时控制注塑机控制器、控制方法、及其控温电路。控制器，包括用于监控的上位机，以及用于执行的下位机，上位机和下位机之间通过通讯线相连，中央处理单元进行数据信息处理。其控制方法为：a.温度信号的采集；b.温度信号的预处理；c.温度信号的规则库比较；d.控制参数的自适应调整：e.控制信号的输出应用。具有如下优点：可以有效抑制大滞后的影响，具有较强的稳定性和鲁棒性；将现场积累的温控经验以及注射模塑成型机操控人员的经验归纳组织成规则库和知识库，并在升温和保温阶段加入了参数自适应控制，降低了使用的难度；料桶静态与工作态时的控制精度高，产品的质量高且稳定。

Description

自适应温度实时控制注塑机控制器、控制方法、及其控温电路

技术领域

本发明涉及注塑机的温度控制领域，尤其是涉及一种全闭环控制的电动式注塑机的自适应温度实时控制注塑机控制器、控制方法、及其控温电路。

背景技术

随着塑料制品加工业的进一步成熟，对塑料机械产业也提出了越来越高的要求。为实现高效、精确、节能的目标，人们进行了长期的探索，提出了多种多样的改进方案。例如，中国专利文献公开了一种可编程逻辑控制器控制的自动造型机〔申请号：CN94190352.4〕，包括一用于阅读设置在一模具的一侧上的标志的装置，所述阅读装置与一可编程逻辑控制器相连接，所述控制器监控所述机器的操作以根据所用模具自动地选择模塑参数。还有人发明了一种注射成型机及控制器〔申请号：CN200380106283.8〕，包括：夹紧机构，用于向两部分模具施加模具夹紧力和用于移动模具部分以开启模具；注射机构，用于塑化材料和将可塑材料注射入形成模制件的封闭模具。

上述方案的结构较为复杂，制作而成的产品品质不高，工作效率较低，无法适应实际的生产要求。塑料注射成型机的电脑控制器是整个装置的核心部件，控制器的更新换代也是随着注塑机机械发展而变化的。注射模塑成型机料桶温度控制是注射模塑成型机一个重要的技术指标。料桶的温度控制效果直接影响塑制品的质量，尤其是对于精密注塑制品。因此高端注射模塑成型机电脑控制器的特点之一是高精度和高可靠性的温度控制。

在目前市场上注射模塑成型机料桶温度控制多数使用的还是传统PID控制或者基于模糊控制的温度控制方法。传统PID控制在行业内应用很广泛，它具有简单实用等优点，但其缺点是需花费大量的时间建立模型，并且需要经验丰富的工程师才能将参数整定合适。当系统受到较强干扰或系统结构发生变化时，容易产生较大振荡，响应曲线变化较大。模糊控制对比PID控制，主要优点在于当模糊控制在被控对象参数发生变化时，响应曲线变化不大，而且即使在被控对象模型结构发生较大变化时，也能实现无超调控制，具有较好的鲁棒性。但其缺点是升温过程不如PID控制快，并且由于不具备积分作用，因此很难完全消除静态误差。这种缺点在系统到达稳态后又受到扰动时表现的特别明显。因此，注射模塑成型机料桶的温度控制问题一直是困扰国内精密注塑的难点问题。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的系统受到较强干扰或系统结构发生变化时，容易产生较大振荡，响应曲线变化较大等的技术问题；提供了一种可以有效抑制大滞后的影响，也对被控对象参数变化有较强的适应能力，具有较强的稳定性和鲁棒性的自适应温度实时控制注塑机控制器、控制方法、及其控温电路。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的需花费大量的时间建立模型，并且需要经验丰富的工程师才能将参数整定合适、使用起来难度较大，经济性不高，难以推广应用等的技术问题；提供了一种将现场积累的温控经验以及注射模塑成型机操控人员的经验归纳组织成规则库和知识库，并在升温和保温阶段加入了参数自适应控制，大大降低了使用的难度，经济效益高，便于推广应用的自适应温度实时控制注塑机控制器、控制方法、及其控温电路。

本发明再有一目的是解决现有技术所存在的升温过程慢，难以完全消除静态误差，料桶温度控制难度较大，设备的结构复杂，产品的品质不高等的技术问题；提供了一种料桶静态与工作态时的控制精度高，可靠性好，温度便于控制，产品的质量高且稳定，设计合理的自适应温度实时控制注塑机控制器、控制方法、及其控温电路。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：自适应温度实时控制注塑机控制器，包括用于监控的上位机，以及用于执行的下位机，上位机和下位机之间通过通讯线相连，中央处理单元进行数据信息处理，其特征在于，所述的上位机包含有与中央处理单元相连的一个用于显示工作状态的显示装置，一个用于进行控制操作和参数设置管理的控制面板；所述的下位机包含有与中央处理单元相连的一个用于控制液压系统工作的液压系统控制模块，一个用于料桶温度测量以及自适应温度控制的自适应温度实时控制模块，一个用于控制电子尺的电子尺管理模块，一个I/O口管理模块，以及一个用于控制注塑压力和流量的比例阀控制模块。

作为优选，所述的自适应温度实时控制模块包括设置在料桶上的若干热电偶，与热电偶相连的A/D转换单元，A/D转换单元通过数字滤波单元与信号预处理单元相连，所述的信号预处理单元与预先存储的规则库和知识库相连；在知识库内存储有经验数据、性能指标以及自适应计算模块。

作为优选，所述的规则库包括连续加热规则库、调节升温规则库、限制范围升温保温规则库、以及保温规则库。

作为优选，所述的比例阀控制模块控制压力阀和流量阀工作；所述的上位机和下位机之间通过基于帧传输的串行通信协议进行通信。

作为优选，所述的料桶内有若干段，在每一段内都安装有一个热电偶。

注塑机的自适应温度实时控制方法，其特征在于包括下述工作过程：温度信号的采集、温度信号的预处理、温度信号的规则库比较、控制参数的自适应调整、以及控制信号的输出应用，其中，a.温度信号的采集：由分布在料桶内热电偶采集温度的模拟信号，通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，并降该数字信号进行滤波得到当前温度测量值；b.温度信号的预处理：将当前温度测量值与前一时段的温度设定值进行差值运算得到温度偏差值，将得到的温度偏差值与前一时段的温度偏差值进行比较的到温度偏差率；c.温度信号的规则库比较：将当前温度测量值、温度偏差值、以及温度偏差率输入规则库进行比对运算，判断适用的规则；d.控制参数的自适应调整：根据当前的运行状态，计算料桶的滞后时间τ，并通过前馈控制和自适应数学模型产生系统控制信号；e.控制信号的输出应用：通过系统控制信号对系统进行实时调整和控制。

将注塑机料桶温度控制区分为两大过程，即升温过程静态加温到设定值和保温过程产品生产运行态。根据对现场大量试验和实际运行经验的提炼，组织成一个全面的规则库，其中分为升温规则库和保温规则库，同时在两个库中又分别嵌套针对升温特性和保温特性的参数自适应控制。除此之外，因为注塑机料桶射嘴部分和进料口段料桶的最后一段具有特殊性，因此又有专门的自适应规则。对于中小型注塑机，射嘴部分的温度测量热电偶以环的形式套在射嘴表面，因此容易受外界干扰，除在采样后对数据加强滤波外，在控制上其控制规则与其他段略有不同。进料口段因在实际运行时有循环水进行冷却，因此在控制上使其可以自适应常规态和加入冷却水态。

本发明以专家规则库和知识库为核心，利用温度偏差值设定值-测量值和偏差变化率Δe(k)，Δe(k-1)为基础，以自适应PID对升温阶段和保温阶段进行实时控制。因为注塑机料桶具有很大的延迟和滞后，属于大滞后系统，加上热电偶本身测量所引入的时间延迟，以中小型注塑机料桶150g为例，延迟可达几十秒。因此，为保证控制精度，不引起系统过大超调和振荡，在料桶的升温阶段从室温或某一稳定温度值和到达设定值阶段分别加入了延迟自适应控制，根据滞后时间τ进行前馈控制，从而提高其稳定性，避免因施加过多控制量而引起上冲以及因响应不及时而引起下冲。

所有的温度数据均以注射模塑成型机料桶的热电偶在线实时动态采集，经过与规则库的规则比较判断，再根据具体某条规则以知识库中的数据或经验公式为依据，根据升温状态和保温状态的自适应控制，最后输出控制量，具体如下：

注射模塑成型机料桶每段都安装有K型热电偶一个，实时测量当前段温度，温度采样板将热电偶信号变送为数字温度信号后送注射模塑成型机控制器，经过数字滤波后得到当前温度测量值TempMeasure，经过与当前段温度设定值TempSet差值运算后，得到当前k时刻的偏差e(k)＝TempMeasure-TempSet，根据上一时刻k-1时刻的温度偏差e(k-1)可得偏差变化率Δe(k)，最后，将所得温度测量值、温度偏差以及偏差变化率送往规则库，进行推理计算。

根据注射模塑成型机料桶温度特性，即升温状态与保温状态，将规则库组织为升温规则库和保温规则库，将规则库组织为4个大规则区域，这几部分规则相辅相成，不可分割，注射模塑成型机料桶的温度控制最终归结为产品生产工作态的温度控制，即保温阶段的温度控制，升温阶段可以看做是一种静态行为，当到温度到达设定值进入稳态时，温度的控制精度直接影响产品的质量，因此，在升温阶段，规则库相对简单，其关键技术主要体现在温度上升的快速性和防止温度过冲以及保持温度稳定性和鲁棒性，根据保温阶段的重要性，保温规则库中加入了参数自适应控制，以保证控制精度和稳定性，知识库中主要存放经验数据、性能指标以及自适应计算公式等。

参数自适应调整主要是用来当运行工况或系统特性发生变化时能够及时对控制进行调整，以防止控制品质恶化，保持系统稳定性，注射模塑成型机料桶具有很大的滞后时间，各段之间温度相互耦合作用较强，尤其是相邻两段之间，并且当遇到外界较强干扰或者运行工况发生变化时，系统特性也随之变化，因此难以得到精确的数学模型。但在控制中又不能完全脱离系统本身特性，因此，在本方法中，根据现场对各种型号的注射模塑成型机进行试验所得经验，结合注射模塑成型机料桶特性，采用了非确定模型参数自适应控制，估算料桶的滞后时间τ，滞后时间τ会使系统变得不稳定，因此在传统的PID控制或不考虑延时因素的模糊控制中，当温度变化比较剧烈时，为抑制温度变化趋势则会连续施加控制量，当温度回升时，由于滞后的影响一般会引起较大过冲，因此为防止这种情况，本方法采用前馈控制和自适应控制实施控制，这样可以有效避免温度过冲，同时又可以及时抑制温度下冲，自适应控制对注射模塑成型机料桶的射嘴和进料口段的控制最有作用，因为前者容易受外界环境影响，后者受循环冷却水的影响，稳定性易受影响。

控制输出与知识库紧密相连，本方法根据当前是升温阶段还是保温阶段，温度处于上升还是下降以及偏差变化率的大小，采用了多种形式的PID控制，包括位置式、增量式、积分分离式、纯比例式以及它们的混合控制，即知识库中的自适应PID控制，知识库中的经验数据用来限制计算公式所计算的输出量，在常规情况下，由计算公式所得的控制输出量即为加热时间，但当处于自适应调整时，当前计算所得控制量要根据当前工况下的经验数据进行极值限制，即限制输出的极大值或极小值，以防止控制量过大或过小，性能指标主要用于偏差及偏差率计算，反应当前控制效果的优劣，及时进行自适应调整。

注塑机的自适应实时温度控制电路，包括依次串联的隔离输出电路、驱动电路、继电器、过流保护电路、滤波电路、交流接触器，以及可以与交流接触器相连的料桶线圈，其特征在于，中央控制单元输出的各路控温信号经光电隔离输出电路、达林顿驱动电路、继电器、过流保护电路、滤波电路控制对应料桶各段料桶线圈的交流接触器通断来达到控温目的

因此，本发明具有如下优点：1.可以有效抑制大滞后的影响，也对被控对象参数变化有较强的适应能力，具有较强的稳定性和鲁棒性；2.将现场积累的温控经验以及注射模塑成型机操控人员的经验归纳组织成规则库和知识库，并在升温和保温阶段加入了参数自适应控制，大大降低了使用的难度，经济效益高，便于推广应用；3.料桶静态与工作态时的控制精度高，可靠性好，温度便于控制，产品的质量高且稳定。

附图说明

附图1是本发明的一种整体结构框图。

附图2是本发明中的自适应温度实时控制模块的结构框图。

附图3是本发明的一种料桶测温结构示意图。

附图4是本发明的一种控制流程图。

附图5是本发明的一种规则库示意图。

附图6是本发明的一种自适应PID调整流程图。

附图7是本发明的一种温度控制效果图。

附图8是本发明的一种射嘴段温度控制效果图。

附图9是本发明的一种一段温度控制效果图。

附图10是本发明的一种二段温度控制效果图。

附图11是本发明的一种三段温度控制效果图。

附图12是本发明的一种温控电路图。

图中，上位机A、下位机B、隔离输出电路1、驱动电路2、继电器3、过流保护电路4、滤波电路5、交流接触器6、料桶线圈7、通讯线11、中央处理单元12、显示装置13、控制面板14、液压系统控制模块15、自适应温度实时控制模块16、电子尺管理模块17、I/O口管理模块18、比例阀控制模块19、压力阀19a、流量阀19b、热电偶21、A/D转换单元22、数字滤波单元23、信号预处理单元24、规则库25、连续加热规则库25a、调节升温规则库25b、限制范围升温保温规则库25c、保温规则库25d、知识库26。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图1所示，自适应温度实时控制注塑机控制器，包括用于监控的上位机A，以及用于执行的下位机B，上位机A和下位机B之间通过通讯线11相连，中央处理单元12进行数据信息处理。上位机A包含有与中央处理单元12相连的一个用于显示工作状态的显示装置13，一个用于进行控制操作和参数设置管理的控制面板14。下位机B包含有与中央处理单元12相连的一个用于控制液压系统工作的液压系统控制模块15，一个用于料桶温度测量以及自适应温度控制的自适应温度实时控制模块16，一个用于控制电子尺的电子尺管理模块17，一个I/O口管理模块18，以及一个用于控制注塑压力和流量的比例阀控制模块19。

如图2所示，自适应温度实时控制模块16包括设置在料桶上的若干热电偶21，与热电偶21相连的A/D转换单元22，A/D转换单元22通过数字滤波单元23与信号预处理单元24相连，所述的信号预处理单元24与预先存储的规则库25和知识库26相连；在知识库26内存储有经验数据、性能指标以及自适应计算模块。规则库25包括连续加热规则库25a、调节升温规则库25b、限制范围升温保温规则库25c、以及保温规则库25d。比例阀控制模块19控制压力阀19a和流量阀19b工作；所述的上位机A和下位机B之间通过基于帧传输的串行通信协议进行通信。料桶内有若干段，在每一段内都安装有一个热电偶21。

比例阀控制模块19控制的压力阀额定电流700mA，内阻12Ω，流量阀额定电流500mA，内阻40Ω。采用的是开环控制，通过给比例阀施加给定的电流来输出相应的压力和流量。由于比例阀的输入输出之间呈现非线性关系，所以在将给定的压力流量值换算为应输出值时，必须采用插值的控制来减小误差。为了计算方便，采用了一次线性插值。比例阀控制电路设计为闭电流环恒流源输出电路，通过和负载串联的水泥电阻采样负载电流信号，与系统的给定值进行比较，用放大后的误差信号控制波形的占空比，使负载电流紧密跟随CPU的设定值。此外，恒流源发生电路带有电流截止负反馈，防止在调试时因为电流环尚未闭环而产生过大的电流烧坏元件。

注塑机的开锁模动作和射熔胶动作对塑件的质量影响很大，尤其是射胶动作，直接决定了产品能否成型和产品表面的光洁度。所以就要求各个液压系统的动作执行准确，重复性好。这一方面要求系统能准确执行用户设定的压力和流量，另一方面要求系统能迅速准确的采样电子尺信号。本发明设计采用12位A/D转换器采集电子尺信号，还要对系统的电子尺输入滤波电路进行仔细设计，选择合适的转折频率，使得既要能滤除干扰信号，又要能保证电子尺信号无滞后的通过。此外液压部件动作的平滑程度也决定了塑机的使用寿命，为此要正确定义与液压动作相关的参数的含义和设计平滑的压力流量变化曲线。

由于用于工业现场，生产现场环境比较恶劣，现场不但存在挥发性有毒气体，大功率电机以及油路电磁阀，交流接触器带来的强电磁干扰都可能影响控制器正常工作。所以保证控制器上、下位机之间的通信协同控制尤显重要。串行通信在客户端/服务器类型的应用程序设计中经常要使用到，目前串口通信采用的一般是专用软件包或者标准串口通信协议(如XMODEM、ZMODEM等)，而完整详细且免费的软件包比较少。本发明中，为保证上下位机之间的建立一条可靠的通信链路，特约定一基于帧传输的高可靠串行通信协议，采用了可靠的帧同步处理和出错校验自恢复机制。同时作为一种通信协议的本身不受具体编程语言、操作系统以及应用范围所限制，具有一定的通用性。基于帧传输的通行协议高可靠串口通信协议设计思想是基于帧传输方式，即在向对方发送数据时是一帧一帧地发送，对于应用程序来讲，应用程序所发送的和所接收的都是流式数据，即如果应用程序需要进行上层的协议解释的话，它将面对这些流数据的重新拼装。为保证可靠的传输，在进行数据传输时，采用发送/应答，即发送一帧数据，一个应答。若应答没收到，重新进行协商握手，握手失败则向应用程序报告错误。

注塑机的自适应温度实时控制方法，包括下述工作过程：温度信号的采集、温度信号的预处理、温度信号的规则库比较、控制参数的自适应调整、以及控制信号的输出应用，其中，a.温度信号的采集：由分布在料桶内热电偶采集温度的模拟信号，通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，并降该数字信号进行滤波得到当前温度测量值；b.温度信号的预处理：将当前温度测量值与前一时段的温度设定值进行差值运算得到温度偏差值，将得到的温度偏差值与前一时段的温度偏差值进行比较的到温度偏差率；c.温度信号的规则库比较：将当前温度测量值、温度偏差值、以及温度偏差率输入规则库进行比对运算，判断适用的规则；d.控制参数的自适应调整：根据当前的运行状态，计算料桶的滞后时间τ，并通过前馈控制和自适应数学模型产生系统控制信号；e.控制信号的输出应用：通过系统控制信号对系统进行实时调整和控制。

本发明的被控对象如图3所示。图中以四段容量为150g注射模塑成型机料桶为例进行说明。图3中标注0表示塑机料桶射嘴段，其上嵌套环形热电偶21，因此射嘴温度比较容易受环境温度变化的影响。标注a1表示注射模塑成型机料桶第一段，K型热电偶21埋于其中，因此受环境温度变化的影响较小，能够更真实的反映料桶当前段内部溶胶的温度。标注a2表示料桶第二段，与第一段一起被称为中间段。中间段是为溶胶的主体，其温度的稳定性和精度直接影响产品质量，因此其重要性不言而喻。标注a3表示注射模塑成型机料桶的第三段，即进料口段。此段与射嘴段一样，具有特殊性。一般在生产运行期间，在进料口附近有循环冷却水冷却料口温度，而在静态加热和停止生产期间，冷却水会关闭，因此特性上会与其他段有所不同，在控制上对此段要有很强的自适应性才能达到控制精度。

图3中料桶尾部三角形表示进料斗31。料桶每一段都有相应功率的料桶线圈7，通过交流接触器6提供220V(50Hz)的交流电。料桶内部安装有螺杆，当执行溶胶动作时，螺杆反旋后退，将塑胶颗粒溶化成胶体状，此时由于进料口段因为溶胶而导致温度下降较快，料口段控温的稳定性易受影响。

图4为本方法控制流程图，也即本发明在方法上的一个实施例框图。当控制系统上电启动后，通过上位机温度设定画面根据料桶实际段数进行位选设定，然后启动加热，下位机主程序调用温度控制模块开始对温度进行控制。温控模块的第一步先对控制中所用到的各项参数进行初始化，包括测量值TempMeasure、偏差e(k)、上一时刻偏差e(k-1)等等。初始化完毕后，温度采样板将采集到的各段实时数据送到下位机控制系统，下位机将原始数据进行数字滤波后得真实测量值TempMeasure送往温控模块。

根据知识库的判断结果，程序分别进入专家规则库的升温规则库或保温规则库进行推理计算，如图所示。偏差e(k)及偏差率Δe(k)是进行推理的基本输入值，是参与推理的必要条件。规则库和知识库的加工处理主要有下述几种方式：

1.建立判断规则

本发明的规则是采用知识产生式表示法来建立，基本形式为：

IF(Conditions)THEN(Results)

式中：

Conditions：判断的状态条件

Results：判断结果所要执行的动作。

上式的含义为：如果注射模塑成型机料桶某一段温度条件Conditons得到满足，则可认为结论Results成立。

按照上式的产生式规则表示法，本发明将现场专家经验利用前向推理方法，提炼成大量的规则，存放于程序中形成规则知识库，以备在进行控制推理判断时使用。

图5详细描述了本发明所建立的规则库。规则库根据注射模塑成型机料桶温度状态从整体上分为两大规则库，即升温规则库与保温规则库，具体组织为4个大规则区域。图中S1表示升温状态时第一分规则下限条件；S2表示升温状态时第一分规则上限条件和第二分规则下限条件；S3、S4、S5、S6如此类推；B1表示保温状态时第一分规则上限条件；B2、B3意义如此类推。

根据将此控制应用到实际生产设备上运行生产的结果看，控制输出的准确性与温度的控制精度与规则的制定的准确性密切相关。

2.形成基于原理的公式和经验公式

在理论上，只要能针对一个具体对象构建一个精确的数学模型，就可对其实现精确的控制，但实际上，工业现场环境各种干扰因素众多，针对注射模塑成型机设备，干扰如环境温度、不同时段工业电压、塑胶特性等等都会对注射模塑成型机料桶特性产生显著影响，因此在强干扰环境中要精确描述系统模型很难，为了能够准确描述注射模塑成型机料桶某一状态特征和温度变化趋势，本发明通过理论加专家经验的方式，经适当组合形成多个基于原理的计算公式和经验公式，计算特征参数，这就是公式化的知识库。

公式的构成可以分为两类：一类是经验的，即从长期生产实践中总结得到，主要是对控制输出限制，既保证控制量不能过大以防温度过冲，又保证控制量不能过小以防抑制不住变化趋势；另一类是基于原理的计算公式，即各种形式的PID控制。针对不同阶段的系统特性和控制要求，本发明采用了包括位置式、增量式、积分分离式、PI以及纯比例控制以及它们的混合体等多种PID控制。在实际应用中，基于原理的公式根据不同阶段的PID参数计算得到控制量，经验公式则根据不同阶段的特性对控制量进行极大与极小限制，以符合系统真正的控制要求。

3.参数自适应处理

图5详细说明了参数自适应调整的流程。在注射模塑成型机料桶的温度控制过程中存在许多非常规性问题，有时当工况改变时通过规则库得到的推理结果并不令人满意，导致控制效果不能及时反应温度变化，因此，必须采用一定的自适应处理来对控制过程进行适当调整，以准确反映工况的变化，保持系统稳定性。本方法采用了参数自适应控制，在控制过程中，通过记录系统输入与输出状态辨识系统当前特性，然后正向或反向调整PID控制参数，进行自适应控制。例如图5中所示，在第一个流程即δ₁＜e(k)＜δ₀分支中(δ₁、δ₀分别表示控制阈值)，当连续N个周期温度仍然落在(δ₁，δ₀)之间，则表明输出在当前限制范围内已经达到积分饱和，为消除此种影响，根据经验数据与经验公式以及系统特性进行参数自适应调整，具体方法如下：

塑机料桶存在较大的时延和滞后，经过对系统进行离线辨识以及料桶筒传热的物理学特性可知得知，可将其中每一个单段看作一阶惯性加纯滞后系统，其传递函数为：

$G\left(s\right)=\frac{K}{\mathrm{Ts}+1}{e}^{-\mathrm{\τs}}$

写成时域的形式为：A(q^-1)y(t)＝q^-1B(q^-1)u(t)+y_d

其中：A(q^-1)＝1+a₁q^-1)，B(q^-1)＝b₀+b₁q^-1，q^-1表示纯滞后时间，y(t)表示对象输出，u(t)为控制输出，即对象的输入，y_d为扰动。

此时所对应的PID控制u(t)可表示为：

$u\left(t\right)=\frac{H}{F\left(q^{-1}\right)}r\left(t\right)-\frac{G\left(q^{-1}\right)}{F\left(q^{-1}\right)}y\left(t\right)$

其中：r(t)为参考输入，F，G，H分别对应输入与输出的多项式表达式。将上式带入对象的方程式中，就得到整个闭环系统的方程如下：

(AF+q^-1BG)y(t)＝Hq^-1Br(t)+Fy_d

式中A，B，G，F分别表示A(q^-1)，B(q^-1)，G(q^-1)，F(q^-1)。

在进行自适应参数调整的时候，本发明没有采用递推参数估计的控制，而是根据知识库中经验数据和经验公式以当前正在使用的参数A，B以渐进的方式估计A，B，然后求解F，G。实际上最终调整的是PID的K_P，K_I，K_D三个参数，改变控制输出量，加强正向或反向控制作用。

其他分支流程的自适应调整控制与上述类似。

图7～图11中的横坐标为时间Time(单位：5s)，纵坐标为温度Temperature(单位：℃)。

图7为4段150g注射模塑成型机料桶的升温与保温曲线图。数据取自实际生产运行期间实时记录的数据。数据总时长为4.2小时，升温时间小于20分钟(从升温到稳定)，采样精度为0.25℃，保温阶段偏差＜±1℃，可满足高精度的注塑要求。其中曲线X1表示注射模塑成型机料桶射嘴段的升温与保温曲线；曲线X2表示注射模塑成型机料桶一段的升温与保温曲线；曲线X3表示注射模塑成型机料桶二段的升温与保温曲线。曲线X4表示注射模塑成型机料桶三段的升温与保温曲线。曲线X5表示各段的保温过程。

图8-11分别为每一段的详细升温与保温曲线图。图8中T1表示射嘴段升温阶段，T2表示保温阶段(生产运行态)。射嘴的设定值为148℃，超调小于1℃，T3表示温度上限，即149℃，T4表示温度下限，即147℃。图9中一段的设定值为149℃，超调小于1℃，T3表示温度上限，即150℃，T4表示温度下限，即148℃。图10中二段的设定值为145℃，超调小于3℃。图11中三段的设定值为140℃，超调小于3℃，其他标注的意义同上。详细性能指标见表1。

表1料桶各段加温控制性能指标

料桶	起始温度℃	设定温度℃	上升时间tr/s	最大超调量Mp(％)	峰值时间tp/s	调整时间t98/s	最大稳态误差e(∞)/℃
								射嘴	21.1	148	980	0.80	1165	940	±1
一段	21.3	149	935	0.80	965	755	±1
								二段	21.2	145	715	2.07	845	660	±1
三段	20.2	140	710	2.00	860	660	±1

如图12所示，注塑机的自适应实时温度控制电路，包括依次串联的隔离输出电路1、驱动电路2、继电器3、过流保护电路4、滤波电路5、交流接触器6，以及可以与交流接触器6相连的料桶线圈7。中央控制单元输出的各路控温信号经光电隔离输出电路1、达林顿驱动电路2、继电器3、过流保护电路4、滤波电路5控制对应料桶各段料桶线圈7的交流接触器6通断来达到控温目的。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了上位机A、下位机B、隔离输出电路1、驱动电路2、继电器3、过流保护电路4、滤波电路5、交流接触器6、料桶线圈7、通讯线11、中央处理单元12、显示装置13、控制面板14、液压系统控制模块15、自适应温度实时控制模块16、电子尺管理模块17、I/O口管理模块18、比例阀控制模块19、压力阀19a、流量阀19b、热电偶21、A/D转换单元22、数字滤波单元23、信号预处理单元24、规则库25、连续加热规则库25a、调节升温规则库25b、限制范围升温保温规则库25c、保温规则库25d、知识库26等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (7)

1.一种自适应温度实时控制注塑机控制器，包括用于监控的上位机(A)，以及用于执行的下位机(B)，上位机(A)和下位机(B)之间通过通讯线(11)相连，中央处理单元(12)进行数据信息处理，其特征在于，

所述的上位机(A)包含有与中央处理单元(12)相连的一个用于显示工作状态的显示装置(13)，一个用于进行控制操作和参数设置管理的控制面板(14)；

所述的下位机(B)包含有与中央处理单元(12)相连的一个用于控制液压系统工作的液压系统控制模块(15)，一个用于料桶温度测量以及自适应温度控制的自适应温度实时控制模块(16)，一个用于控制电子尺的电子尺管理模块(17)，一个I/O口管理模块(18)，以及一个用于控制注塑压力和流量的比例阀控制模块(19)。

2.根据权利要求1所述的自适应温度实时控制注塑机控制器，其特征在于，所述的自适应温度实时控制模块(16)包括设置在料桶上的若干热电偶(21)，与热电偶(21)相连的A/D转换单元(22)，A/D转换单元(22)通过数字滤波单元(23)与信号预处理单元(24)相连，所述的信号预处理单元(24)与预先存储的规则库(25)和知识库(26)相连；在知识库(26)内存储有经验数据、性能指标以及自适应计算模块。

3.根据权利要求2所述的自适应温度实时控制注塑机控制器，其特征在于，所述的规则库(25)包括连续加热规则库(25a)、调节升温规则库(25b)、限制范围升温保温规则库(25c)、以及保温规则库(25d)。

4.根据权利要求1或2或3所述的自适应温度实时控制注塑机控制器，其特征在于，所述的比例阀控制模块(19)控制压力阀(19a)和流量阀(19b)工作；所述的上位机(A)和下位机(B)之间通过基于帧传输的串行通信协议进行通信。

5.根据权利要求4所述的自适应温度实时控制注塑机控制器，其特征在于，所述的料桶内有若干段，在每一段内都安装有一个热电偶(21)。

6.一种注塑机的自适应温度实时控制方法，其特征在于包括下述工作过程：温度信号的采集、温度信号的预处理、温度信号的规则库比较、控制参数的自适应调整、以及控制信号的输出应用，其中，

a.温度信号的采集：由分布在料桶内热电偶采集温度的模拟信号，通过A/D转换将模拟信号转换成数字信号，并降该数字信号进行滤波得到当前温度测量值；

b.温度信号的预处理：将当前温度测量值与前一时段的温度设定值进行差值运算得到温度偏差值，将得到的温度偏差值与前一时段的温度偏差值进行比较的到温度偏差率；

c.温度信号的规则库比较：将当前温度测量值、温度偏差值、以及温度偏差率输入规则库进行比对运算，判断适用的规则；

d.控制参数的自适应调整：根据当前的运行状态，计算料桶的滞后时间τ，并通过前馈控制和自适应数学模型产生系统控制信号；

e.控制信号的输出应用：通过系统控制信号对系统进行实时调整和控制。

7.一种注塑机的自适应实时温度控制电路，包括依次串联的隔离输出电路(1)、驱动电路(2)、继电器(3)、过流保护电路(4)、滤波电路(5)、交流接触器(6)，以及可以与交流接触器(6)相连的料桶线圈(7)，其特征在于，中央控制单元输出的各路控温信号经光电隔离输出电路(1)、达林顿驱动电路(2)、继电器(3)、过流保护电路(4)、滤波电路(5)控制对应料桶各段料桶线圈(7)的交流接触器(6)通断来达到控温目的。

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