作者/ 刘松良 广州数控设备有限公司(广东 广州 510165)
摘要：压力操控在注塑精细成型范畴中是非常重要的环节，其间首要包含打针压力、锁模压力、保压压力和背压压力操控。针对全电动注塑机最重要的打针压力存在大推迟、大惯性、大扰动和非线性的特色，使用串级PID操控原理，提出了依据速度内环的压力闭环串级PID操控办法。该操控办法将与全电动注塑机螺杆相应环节的数学模型相结合，由PID操控器调理内环转速参数和外环打针压力参数，然后确保输出打针压力的精准操控。试验成果标明，该操控计划效果好，具有呼应速度快、精度及安稳度高、抗搅扰才干强等长处，可满意全电动注塑机高速度、高精度及节能的要求。
导言
全电动注塑机对压力进行闭环操控是通过伺服单元驱动螺杆行进/后退而完成的，而关于伺服单元的操控，其输入指令有两种办法：转矩指令输入、速度指令输入。
在以转矩办法进行压力调理的计划开端试验中，因为转矩与压力能够按力学公式导出其具有线性联系的物理模型，相应的PID操控算法较为简略。可是因为此压力闭环结构中不存在速度物理量，会导致在实践操控时，速度具有不可控性，然后使得压力的动摇很大。
而以速度办法进行压力调理的计划中，因为速度为操控输出量，可有用操控速度平稳性，然后可使得压力的操控较为平稳。因而，操控体系以操控电机转速的办法进行压力调理。
别的，因为伺服驱动器的速度指令输入量是模拟量，必定存在必定的搅扰与零漂，为此需在压力环中串入一个速度内环，以进行速衡量的操控。
依据以上要素，全电动注塑机的压力闭环操控体系选用的计划为：依据速度内环的压力闭环串级PID操控。
1 打针压力操控体系结构
如图1所示为全电动注塑机打针压力操控原理图。对打针压力的操控，是在螺杆结尾的止推轴承坚持架上装置压力传感器，通过其反应信号对打针压力进行精准的操控。用这种办法能够直接检测到打针或塑化时加料筒内树脂压力的反压力，因而能够对打针压力(保压压力、背压压力)进行精准的操控，使设定的压力挨近树脂的实践压力。
图2所示为打针压力闭环操控体系结构框图，其间输入信号：用户压力设定值;反应信号：编码器方位反应和压力反应;履行元件：伺服驱动器和伺服电机。
2 打针压力操控模型
体系操控模型如图3所示。
关于依据速度内环的压力闭环串级PID操控来说，确认图3中的相应传递函数对PID操控来说起着非常重要的效果。图3中的相应传递函数阐明如下：Gvp(S):速度调理量与压力增量的联系模型;Npacc(S):压力环的前馈补偿函数，压力按必定加速度进行改变;Npn(S):压力环的扰动传递函数;Nvn(S):速度环的扰动传递函数。
关于速度调理量与压力增量的联系模型Gvp(S)，因为影响压力改变的要素有许多，如：树脂的流动性、不同温度/压力/体积下的树脂胀大/压缩系数等等，要想依据物理学推导出一个精确的多变量的理论公式具有非常大的难度。
关于压力环的扰动函数Npn(S)，其相应的影响要素包含：资料参数和加工工艺参数。
在保压进程中，保压的效果是坚持必定压力以补偿产品因冷却缩短的部分。而产品的冷却缩短会导致压力发送改变，其压力改变量则与树脂本身在不同模温不同压力的缩短系数和模腔结构相关，一起也与在不同加工工艺参数下发生的不同的开端保压时的压力/速度/方位有关。
在背压进程中，是通过螺杆旋转进料并坚持必定的背压压力，使得料筒的树脂在相同体积和温度下坚持均匀安稳的密度。而因螺杆旋转而导致的压力改变量则与螺杆的塑化才干、螺杆的转速、下料口下料均匀性相关。
故要想取得此扰动通道的抱负函数模型将会比较复杂，因而，要通过前馈补偿操控战胜上述扰动对压力改变发生的影响将比较困难。
别的，因为选用的是通过操控电机转速完成压力调理的计划，并选用依据速度内环的压力闭环串级PID操控，因而，处于内环的速度环对伺服单元的速度呼应时刻要求较高，不然将会对压力操控发生较大影响。
归纳以上要素，不只要通过试验寻求速度调理量与压力增量的联系模型Gvp(S)，并且要通过优化压力闭环PID算法补偿压力环的扰动Npn(S)，才干完成压力操控的安稳性、精确性、快速性。
3 打针压力操控战略
3.1 规划Gvp(S)模型
如图4所示，规划速度调理量与压力增量的简易联系模型;首要使压力转化为扭矩，然后扭矩转化为速度，通过重复试验，确认简易联系模型的算法系数K1*K2，然后确认简易联系模型的函数
(Tf为速度惯性常数，取0.25s;Vv(S)为速度调理)。
其间：压力转化为扭矩系数K1为：
扭矩转化为速度系数K2为：
3.2 PID算法处理
(1)死区操控
为防止操控效果过于频频，消除因为频频动作所引起的震动，参加死区操控。其操控算法如下：
(2)积分别离
在差错e(n)较大时，暂时撤销积分效果;当差错e(n)小于某个阈值时，才将积分项效果引入。其核算处理如下：
a、依据实践需要，设定一个阈值ε>0;b、当|e(n)|>ε时,选用PD操控;c、当|e(n)|≤ε时，选用PID操控或PI操控。
(3)遇限削弱积分
当积分操控量进入饱满区，将履行削弱积分项运算而中止进行增大积分项的运算，能够防止操控量长时刻停留在饱满区。其核算处理如下：
a、在核算u(k)时，先判别u(k-1)是否已超出操控量的约束规模;b、若在限幅规模内，则进行积分项的累加;c、若超上限，则只累加负差错;若超下限，则只累加正差错。
(4)不彻底微分
在PID操控中，微分信号的引入可改善体系的动态特性，但也易引入高频搅扰，在差错扰动骤变时特别表现现出微分项的缺乏。通过将一个一阶惯性环节(低通滤波器)
直接加在微分环节上，可使体系功用得到改善。其核算公式如下：
其间：
;Tf：滤波器时刻系数(取0.5s);Kd：微分系数。
4 整机试验
通过对全电动注塑机打针压力测验，其间机型AE80-32的机械参数及机械规划标准如下：齿数丝杆：23;齿数电机：17;导程：16mm; 螺杆直径32mm; 额外转矩:160nm; 最大转矩:370nm; 最大打针压力:217 MPa; 得出打针动作进程曲线图如图5所示。
压力测验成果如表1所示。
由测验成果可知，该计划不只彻底完成了全电动注塑机压力操控功用，并且压力功用得到了大幅提高，整体压力操控精度到达 ±0.5MPa。
5 结束语
整机联调试验标明，压力操控精度为±0.5MPa，满意了全电动注塑机功用要求。一起，广州数控全电动注塑机的研制成功并已投入实践的出产，打破了国外对全电动注塑机中心功用部件的独占位置，填补了我国在该范畴的空白，可是要到达国外高级产品的操控功用，还需要通过长时刻的不断研讨和继续改善。展望未来，跟着我国塑料加工技能的老练，该全电动注塑机将具有广泛的使用远景。
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本文来源于我国科技期刊《电子产品世界》2016年第11期第71页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
