基于模糊PID技術的注塑機溫度控制研究

許晨嘉（合肥工業大學，安徽 合肥 230009）

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基于模糊PID技術的注塑機溫度控制研究

許晨嘉
（合肥工業大學，安徽 合肥 230009）

摘要：注塑機料筒溫度控制是決定塑料產品質量的決定性因素，為了能夠提高其料筒溫度控制的精度和穩定性，將模糊PID控制技術應用于注塑機料筒溫度控制中。首先，研究了模糊PID控制系統的基本原理；其次，設計了注塑機料筒溫度的模糊PID控制系統，設置了模糊控制規則；最后，分別利用傳統的PID控制系統和模糊PID控制系統對注塑機料筒溫度進行控制仿真研究，仿真結果表明模糊PID控制技術能夠獲得更好的控制效果。

關鍵詞：模糊PID；注塑機；溫度；控制

注塑機是用于加工塑料產品的關鍵設備，在注塑機加工過程控制中溫度是一個非常關鍵點控制指標。注塑機料筒的溫度是決定加工的塑料產品品質的決定性因素，在注塑機工作過程中，盡可能地使其料筒溫度在預先設定的溫度值附件產生較小的波動。目前，PID控制系統是進行注塑機料筒溫度控制的主要技術，在使用過程中需要反復地調節PID控制參數才能獲得料筒溫度控制的目的，因此，操作過于復雜，控制精度也難以保證。為了能夠提高PID控制系統的有效性，需要對傳統的PID控制系統進行改進，將模糊控制和傳統的PID控制技術融合起來構造了模糊PID控制系統，用于注塑機料筒溫度的控制中，能夠有效地提高注塑機料筒溫度的控制精度，具有較好的自適應性[1]。

1　模糊PID控制系統的基本原理

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)表示控制系統的溫度給定值，Y(t)表示控制系統的溫度實際輸出值。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控制系統就是把模糊控制和PID控制的優點結合起來構造的，相應的參數表達式如下所示：

2　注塑機料筒溫度的模糊PID控制系統的設計

基于模糊PID技術的注塑機料筒溫度控制系統示意圖如圖1所示。

圖1　注塑機料筒溫度

依據注塑機料筒溫度控制的實際需求，構造相應的傳遞函數，相應的表達式如下所示[3]：

焦俊麗

表1　△KP　模糊控制規則

表2　△K1　模糊控制規則

表3　△KD　模糊控制規則

依據設計的模糊控制規則可以獲得相應的控制邏輯表，模糊PID控制器的輸出值獲取流程如下所示[4]：

步驟1：計算模糊推理的全部元素的重心；

步驟2：根據步驟1的結果能夠確定精確值，相應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，n為輸出元素的數目。

3　注塑機溫度控制仿真分析

為了驗證模糊PID控制系統的有效性，進行了注塑機料筒溫度的控制仿真研究，仿真程序利用MATLAB軟件編制，同時利用傳統的PID控制系統對注塑機進行控制仿真研究，仿真結果見表4。

表4　注塑機料筒溫度控制仿真對比結果

從表4的仿真對比結果可知，利用模糊PID控制系統進行注塑機料筒溫度控制仿真的過程中，四個料筒所得的超調量均小于傳統PID控制系統所獲得的超調量，同時模糊PID控制系統的穩態偏差小于傳統PID控制系統的穩態偏差，從而表明，模糊PID控制系統具有較好的溫度控制效果，能夠使注塑機料筒溫度處于平穩的狀態。

4　結論

將模糊控制和傳統PID控制技術融合起來構造了注塑機料筒溫度控制系統，彌補了傳統PID控制系統的缺陷，并且進行了溫度控制仿真分析，仿真結果表明，該控制系統具有較小的超調量和穩態誤差，能夠獲得更好的控制效果，使料筒溫度控制于穩定值之內，從而能夠提高塑料產品的質量。

參考文獻：

[1] 周朋，虎恩典，趙文賢，等.一種多回路注塑機流體溫度控制系統設計[J].計算機測量與控制，2015,(10):3406～3408.

[2] 陳立堯，彭雨春.全電動注塑機中的高精度溫度控制要素研究[J].中國塑料，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濾器反沖洗系統設計[J].現代制造工程，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研究[J]. 液壓與氣動， 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.

中圖分類號：TQ320.52

文章編號：1009-797X(2016)12-0009-03

文獻標識碼：A

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.003

作者簡介：許晨嘉（1991-），男，碩士，機電產品綠色設計與制造，主要從事機電裝備的機械設計研究及注塑模具設計、流動分析、注塑工藝分析研究工作

收稿日期：2016-04-18