基于加權模糊解耦策略的注塑機料筒溫度控制

摘 要：著重研究注塑機的料筒溫度對象系統(tǒng)，指出非線性、大滯后、強耦等特性。并針對強耦合性，提出基于加權模糊解耦機制的注塑機料筒溫度單回路控制方案，以及相應的控制策略。這種控制方案將復雜的多輸入/多輸出系統(tǒng)分解成多個獨立的單回路系統(tǒng)，從而減小了控制系統(tǒng)實施多變量控制的復雜度，提高了控制器的實時性。

關鍵詞：注塑機料筒；模糊解耦；加權因子；溫度控制

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：B 文章編號：1004-373X(2008)02-162-03

Based on Weighting Fuzzy Decoupling Strategy for the Extruder Barrel 

Temperature of Injection Molding Machine Control

LI Ji，JIANG Yudong

(Faculty of Electrical and Control Engineering，Liaoning Technical University，Huludao，125105，China)

Abstract：The related control scheme is discussed to solve such problem as nonlinear，lag and close coupling characters of extruder barrel temperature after research.A control strategy of extruder barrel temperature，single loop with decoupling function is proposed.Complicated MIMO system has been changed into single loop SISO ones by this way.And then，enhanced the control system to implement the multi-control of complex is reduced，enhanced the controller timeliness is enhanced.

Keywords：extruder barrel of the injection molding machine;fuzzy decoupling control;weighting factor;temperature control

1 引 言

注塑機料筒是重要的注塑工藝參數(shù)，接影響著注塑制品的質量［1］機料筒加熱裝置一般為套在料筒上的加熱圈，一般注塑機的料筒有3~7段加熱圈，分別由3~7個固態(tài)繼電器進行控制。對于每一段加熱圈，都放置有熱電耦進行溫度地檢測。各段加熱圈為滿足工藝需求使用不同功率的加熱電阻絲，同時電阻絲本身的溫度特性具有死區(qū)和非線性的特點。在加熱過程中，料筒加熱圈通過料筒導熱使塑料熔化，因此從啟動熱到檢測到溫升存在時間滯后問題。同時隨著溫度升高塑料熔化流動性增強，相鄰的加熱段影響也隨之增強［2］。基于上述分析，注塑機的料筒溫度對象系統(tǒng)是典型的非線性、強耦合、大滯后的系統(tǒng)，其特性使料筒的溫度控制成為注塑機控制器的難點。

2 控制策略

本文主要闡述了加權模糊解耦控制策略的設計方法。一般情形下的解耦問題可化分為2大部分：干擾解耦和輸入/輸出解耦（輸入/輸出解耦又稱為“無交互作用設計”）。對線形系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)的無交互作用設計是解耦的研究主流。基于解耦設計的控制器對模型的不確定性十分敏感，而在實際應用中由辨識獲得的模型往往不準確，同時模型參數(shù)在各種因素影響下不斷發(fā)生改變，因此這類解耦控制器對復雜非線性系統(tǒng)的控制效果不佳［3］。

模糊的基本原理是總結操作人員的經(jīng)驗，形成“IF…THEN…”形式的語言控制規(guī)則，利用模糊集的隸屬函數(shù)對所有控制規(guī)則用模糊數(shù)學方法處理，此過程完全模仿操作人員思維模式進行模糊推理和模糊決策，最后得到準確的控制量。基于此原理的模糊解耦控制無需精確的數(shù)學模型，非常適合非線性對象系統(tǒng)。而引入加權因子，使之能達到更好的控制效果。

基于上述分析，在控制方案中，首先通過加權模糊解耦控制減小變量間的耦合，然后將多變量系統(tǒng)分解成多個獨立的單回路進行設計。這種控制方案將復雜的多輸入/多輸出系統(tǒng)分解成多個獨立的單回路系統(tǒng)，從而減小了控制系統(tǒng)實施多變量控制的復雜度，提高了控制器的實時性［4］。

3 具體方案

對注塑機而言，每段加熱段本身的輸入量對其輸出量起主要作用，其他變量可看作是干擾量。在這些變量中，相鄰加熱段之間的耦合最為嚴重。因此，在本文中可以忽略相鄰加熱段之外的加熱段對本加熱段的影響。即認為這種影響已間接地反映于相鄰加熱段的溫度變化上。

4 結 語

注塑機料筒是典型的非線形、大滯后和強耦合的多變量系統(tǒng)，因此溫度控制一直是注塑機研究的重點與難點。針對復雜的溫度對象系統(tǒng)，本文提出基與加權模糊解耦機制單回路控制策略。控制效果良好，可以達到系統(tǒng)設計要求。實踐也證明，該算法具有良好的適應性，滿足不同層次注塑機控制的需求。

參 考 文 獻

［1］劉秀娥.影響塑料注射成型工藝的主要因素［A］.中國工程塑料加工及模具技術研究會論文集[C].2001.

［2］王東，周東華，金以惠.解耦問題的發(fā)展［J］.自動化博覽，2000(10):6-10.

［3］Seres D J.Precise Mold Temperature Control[J].Advances in Power Meltallurgy and Particulate Materials.1994(4):8-11.

［4］Dubay R，Gupta Y P，Bell A C.Predictive Control Melt Temperature:A Multiple Input Multiple Output Model Predictive Approach[J].Engineering and Science，1997，37(9):1 550-1 563.

［5］孫國良，曾靜，鄧方林.模糊控制及Matlab應用［M］.西安:西安交通大學出版社，2003.[HJ0][HJ]

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。