一. 引言 現(xiàn)代注塑機(jī)正朝高速、大噸位方向發(fā)展，對(duì)溫度控制性能要求也越來(lái)越高。在注塑機(jī)系統(tǒng)控制中，加熱料筒溫度控制是其中重要的一環(huán)。注塑機(jī)料筒的加溫及溫度控制效果直接影響注塑制品的質(zhì)量，例如制品表面的殘余應(yīng)力、收縮率及制品的質(zhì)量穩(wěn)定性等均與此有關(guān)。制品質(zhì)量穩(wěn)定性已成為衡量精密注塑制件品質(zhì)好壞的一個(gè)重要指標(biāo)，因而引起工業(yè)界的高度重視。 料筒溫控裝置的可靠性及溫控精度是精密注塑成型的關(guān)鍵因素。而且，工業(yè)發(fā)展和信息科技的融入，要求多臺(tái)注塑機(jī)的溫控形成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)，并且有著靈活的擴(kuò)展性和靈活性。 在傳統(tǒng)溫控實(shí)現(xiàn)上，一般采用專(zhuān)用單片機(jī)進(jìn)行注塑機(jī)的溫度控制[1]，但是其擴(kuò)展性和通用性不強(qiáng)，而且控制策略實(shí)現(xiàn)和改變比較麻煩。由于單片機(jī)功能限制，難以保證高精度溫度控制要求的實(shí)現(xiàn)。于是，出現(xiàn)利用工控機(jī)和采集卡進(jìn)行溫度控制，但是必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的溫度傳感器接口濾波、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，但是要實(shí)現(xiàn)多通道溫控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時(shí)。面向?qū)ο蟮亩ㄖ铺匦韵拗屏似鋽U(kuò)展性和靈活性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足需要多種信號(hào)和多路信號(hào)采集。 溫控策略實(shí)現(xiàn)上，一般溫控系統(tǒng)為大純滯后系統(tǒng)，被控對(duì)象的參數(shù)變化較大、影響因素甚多、未建模動(dòng)態(tài)因素顯著，非線性嚴(yán)重，很難建立精確的數(shù)學(xué)模型[2]。若采用傳統(tǒng)的Smith、PID等控制,則在對(duì)象參數(shù)變化、數(shù)學(xué)模型不精確和控制環(huán)境變化時(shí)，其性能會(huì)顯著變壞。 因此，本文利用巨騰公司Easy IO的遠(yuǎn)程采集控制模塊和工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)了高性能、擴(kuò)展靈活的溫度控制硬件系統(tǒng)。在控制策略上，采用帶Smith 預(yù)估器的模糊控制，兼顧了Smith 控制和模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，既能有效抑制大滯后的影響，也對(duì)被控對(duì)象參數(shù)變化有較強(qiáng)的適應(yīng)能力[3]，且實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，可靠性好。 二. 溫控系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu) 為了實(shí)現(xiàn)多種采用信號(hào)和多通道的高精度溫度控制系統(tǒng)，采用了集散控制系統(tǒng)，即通過(guò)工控機(jī)進(jìn)行上位機(jī)的數(shù)據(jù)收集和處理，通過(guò)小型網(wǎng)絡(luò)對(duì)各個(gè)終端采集控制模塊進(jìn)行控制。最終可實(shí)現(xiàn)靈活的通道擴(kuò)展和高性能的控制。整個(gè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1。 圖1 注塑機(jī)溫控系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)示意圖 采樣和控制模塊采用巨騰公司的Easy IO的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制模塊組件。由于該系列模塊采用了泛用型模擬輸入和現(xiàn)場(chǎng)可升級(jí)的隔離技術(shù)，并以片上系統(tǒng)（SOC）的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了注塑機(jī)惡劣環(huán)境下的溫度等現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集，同時(shí)有效濾除工頻干擾等信號(hào)。而且，為了簡(jiǎn)潔實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控和通道擴(kuò)展的模塊化管理能力，巨騰公司Easy IO提供了良好的現(xiàn)場(chǎng)拓展特性和多種信號(hào)采樣能力。如圖1，終端傳感器和加熱器可以直接由Easy IO提供的接口進(jìn)行嵌入。 其中，溫度和濕度傳感器是為了進(jìn)一步進(jìn)行監(jiān)控環(huán)境變化，以及進(jìn)行熱電偶的冷端補(bǔ)償，其中溫度冷端補(bǔ)償選擇了AD590恒流傳感器。根據(jù)不同的需要，提供更高精度控制要求，還可以添加其他類(lèi)型的傳感器?？刂颇K選擇了巨騰公司的8通道數(shù)字型繼電器（RELAY）模組。采樣模塊選擇了8通道泛用型模擬量輸入模組。 三. 溫度控制策略的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理 由于傳統(tǒng)的Smith控制策略能夠補(bǔ)償系統(tǒng)動(dòng)態(tài)延遲的影響，但是當(dāng)被控對(duì)象存在嚴(yán)重未建模動(dòng)態(tài)影響，與真實(shí)模型存在較大偏差時(shí)，Smith控制性能就會(huì)顯著惡化，甚至產(chǎn)生穩(wěn)定性問(wèn)題。所以，在Smith控制器基礎(chǔ)上，采用模糊控制策略，提高系統(tǒng)的魯棒性。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。 圖2 溫控策略系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 四. 溫控仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)前述的硬件系統(tǒng)和溫度控制策略，對(duì)注塑機(jī)的加熱料筒中段為試驗(yàn)對(duì)象，進(jìn)行常規(guī)的PID控制、模糊控制和復(fù)合控制的階躍響應(yīng)比較實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)初始溫度為34℃，設(shè)定溫度80℃。結(jié)果如圖3～5。其中Smith-Fuzzy控制為復(fù)合控制。 可見(jiàn)，復(fù)合控制（圖6）有著良好的性能，超調(diào)遠(yuǎn)小于PID控制策略（圖4）和模糊控制策略（圖5）。而且，過(guò)渡過(guò)程的收斂特性也比較快，調(diào)節(jié)速度加快，動(dòng)態(tài)偏差顯著減小。圖7中顯示了連續(xù)制品加工過(guò)程中，溫度波動(dòng)曲線，設(shè)定溫度為150℃，每分鐘生產(chǎn)一件制品?？梢?jiàn)溫度誤差控制在±0.8℃以?xún)?nèi)，可以滿(mǎn)足較高精度的要求。 五. 結(jié)論 本文針對(duì)注塑機(jī)加熱料筒的溫度控制要求和多臺(tái)注塑機(jī)的網(wǎng)絡(luò)群控要求，提出了可方便擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)溫控系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在Smith預(yù)估器的基礎(chǔ)上融入了模糊控制策略，極大的提高了對(duì)模型不確定度的魯棒性能，有效抑制了模型不定性、眾多干擾因素影響。試驗(yàn)結(jié)果表明此種復(fù)合控制比單獨(dú)的控制策略有著良好的性能，全面提高靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。 六. 參考文獻(xiàn) [1] 振賢,趙陽(yáng),金波等. 注塑機(jī)主從式單片機(jī)控制器設(shè)計(jì)[J].杭州: 機(jī)電工程, 2003(1):17-19. [2] 施仁,劉文江.過(guò)程控制[M].北京: 電子工業(yè)出版社,1991. [3] 袁南兒,王方良,蘇宏業(yè)等.計(jì)算機(jī)新型控制策略及其應(yīng)用[M].北京: 清華大學(xué)出版社,1998. [4] 孔凡才.自控原理與系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999. [5] 張?jiān)隹?模糊數(shù)學(xué)在自動(dòng)化技術(shù)中應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,1997.