基于水冷式電磁感應(yīng)加熱的注塑機(jī)溫度控制系統(tǒng)研制.pdf

1、傳統(tǒng)注塑機(jī)加熱采用電阻加熱方式，但是電阻加熱方式的熱效率低，僅僅為加熱功率的30％-40%。電磁感應(yīng)加熱以其升溫速度快、熱效率高、壽命長、工作環(huán)境優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，自上世紀(jì)90年代以來在注塑機(jī)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。但是注塑機(jī)電磁感應(yīng)加熱在帶來上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在著降溫速度慢、溫度控制精度低和調(diào)節(jié)時(shí)間長等問題，針對此問題，2013年北京三博中自科技有限公司研制出了水冷式電磁感應(yīng)加熱裝置，它具有降溫迅速、控溫精確和調(diào)節(jié)時(shí)間短等特點(diǎn)。本課題組也于同期

2、開始了水冷式電磁感應(yīng)加熱裝置的研究工作，完成了水冷式注塑機(jī)電磁感應(yīng)加熱裝置的機(jī)理研究并成功研制了加熱裝置，對電磁加熱的料筒的溫度場進(jìn)行了仿真分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化。但是基于水冷式電磁加熱的注塑機(jī)溫度控制系統(tǒng)尚未實(shí)現(xiàn)，將研制的水冷式電磁加熱裝置應(yīng)用于注塑機(jī)并實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制正是本課題需要解決的問題。
　　本文在對注塑機(jī)工藝原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮注塑機(jī)的溫控技術(shù)要求，提出了水冷式注塑機(jī)料筒溫度控制系統(tǒng)的總體方案，并利用參數(shù)辨識的方

3、法建立水冷式注塑機(jī)電磁感應(yīng)加熱裝置的數(shù)學(xué)模型，并對建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證了建立的數(shù)學(xué)模型的正確性。
　　由于注塑機(jī)的料筒溫度是一個(gè)強(qiáng)耦合、大時(shí)滯、非線性的時(shí)變系統(tǒng)，而且注塑機(jī)加熱的熱慣量較大，這將導(dǎo)致很難對加熱的溫度達(dá)到比較精準(zhǔn)的控制，基于此提出了 Smith預(yù)估控制與線性二次最優(yōu)P ID參數(shù)優(yōu)化相結(jié)合的控制策略，從而對水冷式注塑機(jī)電磁感應(yīng)加熱溫度進(jìn)行控制。通過仿真結(jié)果表明，此控制算法應(yīng)用于水冷式注塑機(jī)溫控系統(tǒng)后，相對于獨(dú)立

4、的Smith控制來說，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間縮短了42.1%，超調(diào)量增加了40.0%，穩(wěn)態(tài)誤差減少了20.0%，而相對于傳統(tǒng)的P ID控制算法而言，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間縮短了54.2%，超調(diào)量減少了44.7%,穩(wěn)態(tài)誤差減少了50.0%，從而驗(yàn)證了提出的控制算法的優(yōu)異性。
　　完成了水冷式注塑機(jī)電磁加熱溫度控制裝置設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)水冷式注塑機(jī)溫度控制系統(tǒng)的功能需求，完成了水冷式電磁加熱注塑機(jī)溫度控制系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)。通過實(shí)驗(yàn)表明，在無散熱

5、片的情況下，提出的帶Smith預(yù)估控制的線性二次最優(yōu)控制算法，與 S m i t h預(yù)估控制算法相比，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間縮減了18.7%，超調(diào)量增加了4.7%，穩(wěn)態(tài)誤差減少了16.0%；與傳統(tǒng)的P I D控制算法相比，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間縮減了19.7%，超調(diào)量減少了35.9%，穩(wěn)態(tài)誤差減少了45.6%，從而通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的控制策略的優(yōu)異性；并且在有/無散熱片的情況下，將提出的控制算法應(yīng)用于溫控系統(tǒng)中，與無散熱片時(shí)相比，加熱散熱片后系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間