CN1059865A - 注射模塑成型机的温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
为了根据注射模塑成型机(M)的工作状态实现
自动的PID控制,以消除注射模塑成型机(M)的温
度控制部分在温度控制期间发生的温度上冲现象
(P0)或下冲现象(Pu),将模糊控制理论应用于控制
注射模塑成型机(M)。通过利用模糊控制系统,可以
有效地消除上冲(P0)和下冲(Pu)现象,把温度控制
部分的温度控制到目标温度。
Description
本发明涉及注射模塑成形机的温度控制方法,更详细地说,即涉及根据注射模塑成形机的状态控制注射模塑缸体等温度控制部分的温度的注射模塑成形机的温度控制方法。
先有的、构成注射模塑成形机的模塑缸体等温度控制部分使用的温度控制方法是PID控制。
这种PID控制是把和温度控制部分的目标温度与现在温度的偏差成正比进行控制的比例控制(P)、根据温度控制部分的偏差的积分值进行控制的积分控制(I)以及根据温度控制部分对时间的偏差变化率的微分系数进行控制的微分控制(D)组合起来,以注射模塑缸体的温度为控制线进行控制的。
这种PID控制,是根据下示数学式进行的。即
Y=Kp〔ε+Td (dε)/(dt) + 1/(Ti) ∫εdt〕
其中,Y:操作量
t:时间
ε:控制偏差
Kp:比例灵敏度
Td:微分时间
Ti:积分时间
在这种PID控制中,通过改变上述数学式的系数Kp、Td和Ti,可以分别调整P控制、I控制和D控制的控制灵敏度,获得最佳状态。
另外,若使系数Td为零,可以去掉D控制;若使系数Ti为无限大,可以去掉I控制,所以,根据需要,也可以去掉D控制和/或I控制而成为P控制、PI控制或PD控制。
利用上述PID控制,注射模塑成形机在一定条件下的稳定状态下,可以把温度控制部分的温度控制为恒定值。
但是,注射模塑成形机的运行包括停止、升温、成形和成形停止等各种状态,各状态下注射模塑缸体中的加热因素和冷却因素是不相同的。
下面,对注射模塑成形机的温度控制部分之一即注射模塑缸体进行说明。
对于注射模塑缸体,在升温过程中,加热器的电加热是主要的加热因素;自然散热是主要的冷却因素。另外,在成形过程中,电加热、树脂等的摩擦热和螺旋引起的剪切热等是加热因素;自然散热和原料树脂引起的冷却等是冷却因素。
因此,即使注射模塑成形机的状态发生变化,按照先有的使P控制、I控制和D控制的控制保持一定的PID控制方法,如图5所示的注射模塑缸体的升温曲线P那样,将发生注射模塑缸体的温度高于目标温度的上冲现象P0或低于目标温度的下冲现象Pu。
这种注射模塑缸体的上冲现象P0或下冲现象Pu对注射模塑缸体内的树脂的熔融粘度等影响很大,有时,是造成成形品质量不佳的原因。
特别是,在劣化温度附近使用缺乏热稳定性的树脂时,注射模塑缸体内的树脂容易劣化,上冲现象P0常常会影响成形品的质量。
因此,需要进行微妙的温度调整时,PID控制不能自动地控制,必须依靠熟练操作者的经验,利用手动进行注射模塑缸体的温度控制。
另一方面,为了利用PID控制消除上述上冲现象和下冲现象,自动地控制注射模塑缸体等的温度,必须在注射模塑成形机的各个状态下经常使PID控制达到最佳控制状态。
因此,本发明的目的在于提供一种注射模塑成形机的温度控制方法,这种方法能够自动地根据注射模塑成形机的各个状态下使PID控制达到最佳控制状态,尽可能地消除注射模塑缸体等的温度控制部分的温度上冲现象或下冲现象。
为了达到上述目的,本发明者提出,在根据注射模塑成形机的状态改变用于调整PID控制的P控制、I控制和D控制的控制灵敏度的系数Kp、Ti和Td的同时,利用模糊理论是有效的,研究的结果,达到了本发明的要求。
也就是说,注射模塑成形机的温度控制方法的特征是,当根据注射模塑成形机的停止、升温、成形和成形停止等状态将注射模塑成形机的温度控制部分的温度控制到目标温度时,将和温度控制部分的目标温度与现在温度的偏差成正比进行控制的比例控制(P控制)、根据温度控制部分的偏差的积分值进行控制的积分控制(I控制)。以及根据温度控制部分对时间的偏差变化率的微分系数进行控制的微分控制(D控制)组合后,利用对温度控制部分进行控制的PID控制,控制对该注射模塑成形机的温度控制部分进行加热和/或冷却的加热装置和/或冷却装置,这时,在检测出注射模塑成形机的状态和注射模塑成形机的温度控制部分的温度,以及计算出注射模塑成形机被检测的状态下的控制部分的目标温度与检测温度的温度偏差、以及本次检测的检测温度的本次偏差与前次检测的检测温度的前次偏差的偏差变化率之后,以注射模塑成形机的状态、温度偏差、偏差变化率以及确定控制加热装置和/或冷却装置的PID控制的P控制、I控制和D控制的控制灵敏度的系数为模糊变量,根据元函数(元函数确定上述各模糊变量的任意值属于预先任意划分的区域的程度)和规定该元函数划分的相互关系的规则,利用检测的注射模塑成形机的状态值,以及算出的温度偏差值和偏差变化率值,对确定上述PID控制的P控制、I控制和D控制的控制灵敏度的系数进行模糊推理。然后,根据上述模糊推理,计算确定PID控制的P控制、I控制和D控制的控制灵敏度的系数。
按照本发明,在控制对注射模塑缸体的温度控制部分进行加热和/或冷却的加热装置和/或冷却装置的输出的PID控制中,根据注射模塑成形机的状态,确定用于调整P控制、I控制和D控制的控制灵敏度的系数,可以经常获得最佳的PID控制。
而且,在决定上述系数时,由于使用了模糊理论,所以,可以自动地调整注射模塑缸体以及金属模上设置的加热装置和冷却装置的输出,达到和熟练操作者手动调节相同的程度。
因此,可以根据注射模塑成形机的状态,实时地消除注射模塑缸体等的温度上冲现象或下冲现象,并且迅速地趋近目标温度。
图1是表示本发明的一个实施例的框图;图2是本发明采用的元函数的说明图;图3是模糊推理的说明图;图4是计算输出值的顺序的说明图;图5是注射模塑缸体的温度控制状态的说明图。
下面,通过实施例,更详细地说明本发明。
图1是表示本发明的一个实施例的框图。
在图1中,在构成注射模塑成形机M的注射模塑缸体1上设置有检测注射模塑缸体的温度的温度检测传感器5和加热注射模塑缸体的200V电加热器(以下简称加热器)7。
另外,注射模塑成形机M由程序控制器3控制,根据来自该程序控制器3的信息,可以得知注射模塑成形机M究竟处于停止、升温、成形和成形停止等状态中的哪一个状态。
这种温度检测传感器5和加热器7可以使用先有的注射模塑成形机中广泛采用的温度检测传感器和加热器。
另外,这里所说的注射模塑缸体,是指除了和金属模相接的喷嘴以外的部分。
把设置在注射模塑成形机M上的程序控制器3的信号输给微处理器(MPU)9,可以判断注射模塑成形机M现在处于升温过程(计量工序)、成形过程和成形停止过程中的哪一个状态。
根据存储器13的(1)读出的目标温度,可以确定这样判断出的注射模塑成形机现状态(A)下的注射模塑缸体的目标温度。
另外,注射模塑缸体1的温度检测传感器5的信号也输给MPU9,写入存储器13的(2),同时,由运算逻辑电路(ALU)11计算根据程序控制器3的信号判断的目标温度和检测温度的温度偏差(B),然后写入存储器13的(3)。
进而,由ALU11计算本次计算的本次温度偏差与前次计算的读入存储器13的(3)的前次温度偏差的偏差变化率(C)。
这样检测或计算的注射模塑缸体1的状态(A)、温度偏差(B)以及偏差变化率(C),如后面所述的那样,在把存储器13的(4)和(5)中写入的元函数和规则读入MPU9进行模糊推理时,作为输入值。
然后,根据上述模糊推理,在ALU 11中计算主要和P控制的控制灵敏度有关的系数Kp、和I控制的控制灵敏度有关的系数Ti以及和D控制的控制灵敏度有关的系数Td,并把计算结果输入控制加热器7的PID控制器2。
PID控制器2根据从MPU9输入的系数改变P控制、I控制和D控制的控制灵敏度,并根据温度检测传感器5输给MPU9的注射模塑缸体1的现状温度控制加热器7的输出值。
由于从温度检测传感器等的数据读入到向加热器发送输出信号的一系列动作是连续反复进行的,所以,可以根据注射模塑成形机的状态使PID控制总是达到最佳状态。
关于存储器13的内容等,可以利用CRT等显示装置15进行显示,并可利用键盘等输入装置14修正和改变存储器13的内容。
如图2所示,对于注射模塑成形机的状态(A)、温度偏差(B)、偏差变化率(C)和操作量(E)是以P控制、I控制和D控制的系数为模糊变量的,写入存储器13的(4)中的内容是各模糊变量的元函数。
这些元函数划分为不包含相互重复部分的或包含相互重复部分的多个区域,它们属于上述各个区域的程度(百分度)在0~1的范围内预先设定。
以注射模塑成形机的状态(A)为模糊变量的元函数相互不重复,划分为5个区域,不论在哪个区域均可取0或1。
以温度偏差(B)为模糊变量的元函数划分为包含相互重复部分的7个区域,5个区域为三角形。在三角形的区域中,取底边的温度变化率为10℃。
以偏差变化率(C)为模糊变量的元函数,划分为包含相互重复部分的5个区域,三个区域为三角形。在三角形的区域中,取底边的偏差变化率为5℃。
以操作量(E)为模糊变量的元函数,由和PID控制的P控制、I控制及D控制有关的各个系数确定,图2所示的系数是以主要和P控制的控制灵敏度有关的系数Kp为例表示的。
由于系数Kp的取值范围为0~100%,所以,划分为以中心值为50%、相互重复各有25%不同的5个区域,三个区域为三角形。
在本实施例中,温度偏差(B)、偏差变化率(C)和操作量(E)的元函数如图2所示的那样,纵轴的取值为0~1。
这些元函数的区域之间的相互关系,由预先写入存储器13的(5)中的规则确定。
作为规则的实例,下表给出注射模塑成形机处于升温状态时的规则。
在上述表中,“if”栏内的输入A、输入B和输入C分别表示注射模塑成形机的状态(A)、温度偏差(B)和偏差变化率(C),“then”栏内的输出E表示操作量(E)。
另外,在表的横方向,例如NO.1中,输入A~C之间为“与”的关系;在表的纵方向,例如NO.1和NO.2之间为“或”的关系。
表中虽然给出了元函数在整个区域内的组合,但是,如果判明有的组合不可能存在,或者即使存在也很少稀少,则省略这些组合也行。
下面,说明假设图2中注射模塑成形机的状态(A)处于X状态(升温)、温度偏差(B)和偏差变化率(C)分别处于Y和Z位置时的模糊推理方法和输出值的计算方法。
在温度偏差(B)的Y位置上,区域PS和区域PM重复;在偏差变化率(C)的Z位置上,区域ZERO和区域PS重复。
因此,输入A~C的组合如图3所示,可以是上述表中示出的NO.23、NO.24、NO.28和NO.29这四种形式。
由于在这些组合的输入A、输入B和输入C之间为“与”的关系,所以,可以推理:各组合中输出E的大小相当于输入A~C都包含的范围,即相当于用输入A、输入B和输入C中的最小输入值划分出的输出E的面积(图3输出E栏画斜线部分的面积)。
利用ALU 11,根据这样推理出的各个组合的输出E,可以计算输给PID控制器2的系数Kp。
这种计算按如下顺序进行。
首先,将各组合的输出E栏所示的斜线部分按照图4所示那样来合成。
然后,求出合成的图4所示的斜线部分的重心位置,确定系数Kp。
按照同样的方法,根据与系数Td及系数Ti有关的元函数和规则分别确定出系数Td和系数Ti。
这样确定的系数Kp、系数Td和系数Ti从MPU 9输入PID控制器2,可以控制供给加热器7的电压。
按照这样的模糊温度控制,可以使注射模塑缸体1的温度如图5所示的升温曲线F那样,消除上冲现象P0和下冲现象Pu,并且可以根据注射模塑成形机的各个状态自动地调整为注射模塑缸体1的目标温度。
因此,可以消灭因上冲等现象而产生的废品。
此外,即使在使用缺乏耐热性的树脂时,也不需要熟练操作者通过手动进行温度调整。
在本实施例中,在图2所示的元函数中,还可以重新加上新的元函数,例如本次偏差变化率与前次偏差变化率的偏差变化率的偏差等元函数。
上面,在所述的本实施例中,对注射模塑缸体的温度控制进行了说明,但是,设置在注射模塑缸体前端的喷咀,通常也设有加热器进行温度控制,所以,可以和注射模塑缸体一样地进行模糊温度控制。
另外,在注射模塑缸体和喷嘴上,最好沿注射模塑缸体的纵向顺序设置多个加热器,并对每个加热器进行模糊温度控制,这样便可精密地控制注射模塑缸体的温度。
由于金属模的温度也需要根据注射模塑成形机的状态进行控制,所以,也可以和注射模塑缸体一样地进行模糊温度控制。
有时,在金属模上同时设有加热器等加热装置和用于冷却成形品的冷却水循环管等冷却装置。
这时,利用本实施例的模糊温度控制对加热装置和冷却装置的输出进行控制,可以尽可能地消除金属模温度的上冲现象和下冲现象,将金属模的温度控制得和熟练操作者手动调节的一样。
按照本发明,对于利用PID控制进行温度控制的先有注射模塑成形机,也可以进行模糊控制,并根据注射模塑成形机的状态自动地将注射模塑缸体的温度调整到目标温度。
因此,可以尽可能地消除先有的PID控制中难于消除的上冲现象和下冲现象。
从而,本发明可为注射模塑成形节省劳动力和减少成形品的不合格率作出贡献。
Claims (10)
1、注射模塑成形机的温度控制方法,其特征在于:当根据注射模塑成形机的停止、升温、成形和成形停止等状态将注射模塑成形机的温度控制部分的温度控制到目标温度时,将和温度控制部分的目标温度与现在温度的偏差成正比进行控制的比例控制(P控制)、根据温度控制部分的偏差的积分值进行控制的积分控制(I控制)以及根据温度控制部分对时间的偏差变化率的微分系数进行控制的微分控制(D控制)组合后,利用对温度控制部分进行控制的PID控制,控制对该注射模塑成形机的温度控制部分进行加热和/或冷却的加热装置和/或冷却装置,这时,在检测出注射模塑成形机的状态和注射模塑成形机的温度控制部分的温度,以及计算出注射模塑成形机被检测状态下的控制部分的目标温度与检测温度的温度偏差、以及本次检测的检测温度的本次偏差与前次检测的检测温度的前次偏差的偏差变化率之后,以注射模塑成形机的状态、温度偏差、偏差变化率以及确定控制加热装置和/或冷却装置的PID控制的P控制、I控制和D控制的控制灵敏度的系数为模糊变量,根据元函数(元函数确定上述各模糊变量的任意值属于预先任意划分的区域的程度)和规定该元函数划分的相互关系的规划,利用检测的注射模塑成形机的状态值、以及算出的温度偏差值和偏差变化率值,对确定上述PID控制的P控制、I控制和D控制的控制灵敏度的系数进行模糊推理,然后,根据上述模糊推理,计算确定PID控制的P控制、I控制和D控制的控制灵敏度的系数。
2、按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法,其特征在于:温度控制部分是注射模塑缸体和/或金属模。
3、按权利要求2所述的注射模塑成形机的温度控制方法,其特征在于:温度控制部分含有设置在注射模塑缸体前端的注射喷嘴。
4、按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法,其特征在于:对分割为多个区域的温度控制部分,分别进行模糊推理和温度控制。
5、按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法,其特征在于:用图表示元函数时,划分为含有相互重复部分的多个区域。
6、按权利要求5所述的注射模塑成形机的温度控制方法,其特征在于:含有相互重复部分的区域为三角形。
7、按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法,其特征在于:注射模塑成形机的注射状态由程序控制器进行控制。
8、按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法,其特征在于:温度控制部分的加热装置为电加热器。
9、按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法,其特征在于:温度控制部分的冷却装置为冷却水循环管。
10、按权利要求1所述的注射模塑成形机的温度控制方法,其特征在于:元函数和规则预先存储在计算机的存储器内。
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