CN108859042B - 注塑过程控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了注塑过程控制方法及系统，所述注塑过程依次包括合模阶段、注射阶段、保压阶段、塑化阶段以及开模阶段，其中，所述保压阶段通过以下步骤控制注塑机的电机的速度：实时获取注塑机的模腔内的压力参数后，结合压力参数和预设公式获取第一角速度值；将第一角速度值反馈至注塑机的控制器后，控制器根据第一角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。本发明通过压力参数推导获取第一角速度值，因为获取压力参数不受电机低速工作情况的影响，所以获得的速度值准确度高，将高准确度的速度值反馈至控制器，保障了速度闭环控制的稳定性，从而实现对注塑过程高性能地控制，可广泛应用于注塑控制领域。

Description

注塑过程控制方法及系统

技术领域

本发明涉及注塑控制领域，尤其涉及注塑过程控制方法及系统。

背景技术

注塑成型过程就是在一定温度下，通过螺杆搅拌完全熔融的塑料材料，用高压射入模腔，经冷却固化后，得到成型品的方法。注塑过程包括：合模、注射、保压、塑化和开模等几个阶段，而每个过程的控制变量或者参数不一样，如注射阶段主要控制注射速度，保压阶段主要控制压力。

随着节能要求的不断提高，以伺服电机作为动力源的电液混合注塑设备成为市场主流产品，使用电液混合注塑设备的注塑过程中，注射和保压两个阶段直接影响到产品的质量，所以，其过程参数是需要重点实施控制的两个过程变量。但由于保压阶段中电机呈现低速大扭矩的特性，给注塑机伺服系统的高精准控制带来很大的挑战，因为目前电机速度的控制都是通过角位移传感器获取角位移再求微分得到速度值，在电机低速工作时由于计算误差或者干扰的引入会直接地影响到获取速度值的准确度，将带有误差的速度值反馈至控制器中，致使控制性能难以获得保证。要获取高性能的控制效果，就需要解决上述反馈速度值的准确度问题，现在还没有一种控制方法能够消除获取速度值的噪声误差，从而提高注塑过程中控制性能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种对注塑过程进行高性能控制方法。

本发明的另一目的是提供一种对注塑过程进行高性能控制系统。

本发明所采用的技术方案是：

注塑过程控制方法，所述注塑过程依次包括合模阶段、注射阶段、保压阶段、塑化阶段以及开模阶段，所述保压阶段通过以下步骤控制注塑机的电机的速度：

实时获取注塑机的模腔内的压力参数后，结合压力参数和预设公式获取第一角速度值；

将第一角速度值反馈至注塑机的控制器后，控制器根据第一角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。

进一步，所述预设公式为：

其中，B_m是摩擦系数，J是电机转动惯量，

是第一角速度值，P是压力参数，t为预测周期，k为系数因子。

进一步，所述注射阶段通过以下步骤控制电机的速度：

实时获取模腔内的压力参数和电机的角位移参数，并根据角位移参数获取第二角速度值；

结合压力参数和预设公式获取第一角速度值后，计算第一角速度值与第二角速度值的误差值；

根据误差值和预设阈值判断第二角速度值是否准确，若准确，将第二角速度值反馈至控制器，并更新保存该第二角速度值；反之，删除该第二角速度值，并获取上一次保存的第二角速度值反馈至控制器；

控制器根据反馈的第二角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。

进一步，所述电机的角位移参数采用编码器获得，所述模腔内的压力参数采用压力传感器获得。

进一步，所述误差值为第一角速度值与第二角速度值的差的绝对值。

本发明所采用的另一技术方案是：

注塑过程控制系统，所述注塑过程依次包括合模阶段、注射阶段、保压阶段、塑化阶段以及开模阶段，采用第一速度控制单元对保压阶段注塑机的电机的速度进行控制，所述第一速度控制单元包括：

获取参数模块，用于实时获取注塑机的模腔内的压力参数后，结合压力参数和预设公式获取第一角速度值；

反馈控制模块，用于将第一角速度值反馈至注塑机的控制器后，控制器根据第一角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。

进一步，所述预设公式为：

其中，B_m是摩擦系数，J是电机转动惯量，

是第一角速度值，P是压力参数，t为预测周期，k为系数因子。

进一步，采用第二速度控制单元对注射阶段注塑机的电机的速度进行控制，所述第二速度控制单元包括：

第一模块，用于实时获取模腔内的压力参数和电机的角位移参数，并根据角位移参数获取第二角速度值；

第二模块，用于结合压力参数和预设公式获取第一角速度值后，计算第一角速度值与第二角速度值的误差值；

第三模块，用于根据误差值和预设阈值判断第二角速度值是否准确，若准确，将第二角速度值反馈至控制器，并更新保存该第二角速度值；反之，删除该第二角速度值，并获取上一次保存的第二角速度值反馈至控制器；

第四模块，用于控制器根据反馈的第二角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。

进一步，所述电机的角位移参数采用编码器获得，所述模腔内的压力参数采用压力传感器获得。

进一步，所述误差值为第一角速度值与第二角速度值的差的绝对值。

本发明的有益效果是：本发明通过压力参数推导获取第一角速度值，因为获取压力参数不受电机低速工作情况的影响，所以获得的速度值准确度高，将高准确度的速度值反馈至控制器，保障了速度闭环控制的稳定性，从而实现对注塑过程高性能地控制。

附图说明

图1是本发明注塑过程控制方法的步骤流程图；

图2是本发明注塑过程控制系统的结构框图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，注塑过程控制方法，所述注塑过程依次包括合模阶段、注射阶段、保压阶段、塑化阶段以及开模阶段，所述保压阶段通过以下步骤控制注塑机的电机的速度：

S1、实时获取注塑机的模腔内的压力参数后，结合压力参数和预设公式获取第一角速度值。

S2、将第一角速度值反馈至注塑机的控制器后，控制器根据第一角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。

在注塑过程的保压阶段，因为电机呈现的低速大扭矩特性，所以通过传感器获取角速度是会存有计算误差或者干扰的引入，也即获得的速度值不准确，如果直接将不准确的速度值反馈至控制器，那将会降低注塑过程中的控制性能。本发明方法中，通过压力参数获取角速度值，因为获取压力参数的精度并不受电机低速工作状态的影响，所以获得的角速度值精确度高，保证了反馈的准确性，从而提高了注塑过程的控制性能。另外，通过压力传感器获取压力参数，即可实现对压力控制的闭环反馈，又可以实现对速度控制的闭环反馈，做到一举两得，即降低了控制的成本，又避免了速度传感器获取速度反馈值带来的噪声误差，实现了对注塑过程高性能的控制。

进一步作为优选的实施方式，所述预设公式为：

其中，B_m是摩擦系数，J是电机转动惯量，

是第一角速度值，P是压力参数，t为预测周期，k为系数因子。

进一步作为优选的实施方式，所述注射阶段通过以下步骤控制电机的速度：

实时获取模腔内的压力参数和电机的角位移参数，并根据角位移参数获取第二角速度值；

结合压力参数和预设公式获取第一角速度值后，计算第一角速度值与第二角速度值的误差值；

根据误差值和预设阈值判断第二角速度值是否准确，若准确，将第二角速度值反馈至控制器，并更新保存该第二角速度值；反之，删除该第二角速度值，并获取上一次保存的第二角速度值反馈至控制器；

控制器根据反馈的第二角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。

在注射阶段，通过速度传感器对速度的获取也存在计算误差和各种干扰的叠加，只是注射阶段的速度设定值相对干扰较大，对控制性能的影响不是那么明显。但需要获取高性能的控制效果，仍需解决反馈速度值的准确度问题。在本实施例中，通过编码器获取电机的角位移参数，再对角位移参数进行求微分，从而得到第二角速度值，因为存有噪声，噪声影响获取第二角速度值的精度，有些获取到的第二角速度值与实际值相差较大，如果将有误差的第二角速度值直接反馈给控制器，会严重地影响注塑过程控制的性能。本发明方法，通过将第一角速度值与第二角速度值进行对比，判断第二角速度值是否准确，若准确，则反馈至控制器；若不准确，则删除该第二角速度值，并将上一次保存的第二角速度值反馈至控制器，确保反馈至控制器的速度值都是准确的，从而实现注塑过程高性能的控制。

进一步作为优选的实施方式，所述电机的角位移参数采用编码器获得，所述模腔内的压力参数采用压力传感器获得。

进一步作为优选的实施方式，所述误差值为第一角速度值与第二角速度值的差的绝对值。

注塑过程分为：合模、注射、保压、塑化和开模等几个阶段，上述方法可运用于注塑过程的每个阶段，现注射阶段和保压阶段中的控制对上述方法进行详细说明。

注塑过程中注射阶段速度控制：

在注射阶段电机工作的速度较大，因此干扰产生的噪声相对于该阶段的速度值影响比较小。采用编码器实时获取电机的角位移参数θ，并对角位移参数θ在时间上求导，从而获得第二角速度值ω₂。同时，采用压力传感器获取模腔内的压力值P，因为模腔内的压力P与电机的负载转矩T_e存在一定的线性关系，即

P＝kT_e (1)

其中，k系数因子。而电机的负载转矩T_e与角速度直接存有下式关系：

其中，T_e为电机负载转矩，B_m是摩擦系数，J是电机转动惯量，ω是角速度。上述两个电机参数B_m和J可以查阅电机使用手册获得，或者通过定两个不同的速度指令，使得电机在两个不同的角速度值运转，再通过相应的速度传感器测试两种不同的速度值，进而通过解两组方程获得。

通过公式(1)和公式(2)可获得电机的角速度与模腔内压力的关系，即

其中，B_m是摩擦系数，J是电机转动惯量，

是第一角速度值，P是压力参数，t为预测周期，k为系数因子。

结合压力值P和公式(3)可以计算出第一角速度值ω₁，如果注塑过程和传感器获取参数中没有存有噪声干扰，那么第一角速度值ω1等于第二角速度值ω2，但事实上注塑控制过程中肯定存有噪声，而且噪声有时较大，直接影响了控制性能。

计算第一角速度值ω₁和第二角速度值ω₂的差值的绝对值，该绝对值为误差值|Δ|，判断所述误差值|Δ|是否小于或等于预设阈值ρ，即

|Δ|≤ρ (4)

所述预设阈值ρ为大于零的实数，比如10r/min。

当满足公式(4)时，说明存在的噪声比较小，第一角速度值ω₁和第二角速度值ω₂可信，更新保存第二角速度值ω2，并将第二角速度值ω2反馈至控制器中。

当不满足公式(4)时，说明存有较大的噪声，当前第一角速度值ω₁或第二角速度值ω₂不可信，则删除该次获取的第一角速度值ω₁和第二角速度值ω₂，并获取上一次保存的第二角速度值反馈至控制器。

通过上述方法，在注射阶段实施闭环控制，通过对比第一角速度值和第二角速度值，避免获取到有大噪声的速度值，反馈回控制器，影响了控制性能，保证获取的速度值都是有效准确的，极大地提高了注塑过程的控制性能。

注塑过程保压阶段速度控制：

注塑过程的保压阶段，速度较小，力矩很大，干扰也大，因此干扰对速度的获取有严重影响，采用检测角位移来计算速度值的方式含有很多噪声，故获取到的速度值不够准确，将不准确的速度值反馈至控制器，严重影响了控制精度。

故本方法通过获取模腔内的压力参数推导出速度值，因为电机的角速度值与压力参数的关系如公式(3)所示，通过获取模腔内的压力参数后，可计算获得电机的角速度的预测值，因为压力参数的获取并不受电机低速度大力矩工作状态的影响，因此获得的角速度的准确度高，将高准确度的角速度反馈至控制器，极大地提高了注塑过程中速度控制的性能。

实施例二

如图2所示，注塑过程控制系统，所述注塑过程依次包括合模阶段、注射阶段、保压阶段、塑化阶段以及开模阶段，采用第一速度控制单元对保压阶段注塑机的电机的速度进行控制，所述第一速度控制单元包括：

获取参数模块，用于实时获取注塑机的模腔内的压力参数后，结合压力参数和预设公式获取第一角速度值；

反馈控制模块，用于将第一角速度值反馈至注塑机的控制器后，控制器根据第一角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。

上述系统的工作原理为：在注塑过程的保压阶段，因为电机呈现的低速大扭矩特性，所以通过传感器在获取角速度是会存有计算误差或者干扰的引入，也即获得的速度值不准确，如果直接将不准确的速度值反馈至控制器，那将会降低注塑过程中的控制性能。本发明系统中，通过压力参数获取角速度值，因为获取压力参数的精度并不受电机低速工作状态的影响，所以获得的角速度值精确度高，保证了反馈的准确性，从而提高了注塑过程的控制性能。通过压力传感器获取压力参数，即可实现对压力控制的闭环反馈，又可以实现对速度控制的闭环反馈，做到一举两得，即降低了控制的成本，又避免了速度传感器带来的噪声误差，实现了对注塑过程高性能的控制。

进一步作为优选的实施方式，所述预设公式为：

其中，B_m是摩擦系数，J是电机转动惯量，

是第一角速度值，P是压力参数，t为预测周期，k为系数因子。

进一步作为优选的实施方式，采用第二速度控制单元对注射阶段注塑机的电机的速度进行控制，所述第二速度控制单元包括：

第一模块，用于实时获取模腔内的压力参数和电机的角位移参数，并根据角位移参数获取第二角速度值；

第二模块，用于结合压力参数和预设公式获取第一角速度值后，计算第一角速度值与第二角速度值的误差值；

第三模块，用于根据误差值和预设阈值判断第二角速度值是否准确，若准确，将第二角速度值反馈至控制器，并更新保存该第二角速度值；反之，删除该第二角速度值，并获取上一次保存的第二角速度值反馈至控制器；

第四模块，用于控制器根据反馈的第二角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。

进一步作为优选的实施方式，所述电机的角位移参数采用编码器获得，所述模腔内的压力参数采用压力传感器获得。

进一步作为优选的实施方式，所述误差值为第一角速度值与第二角速度值的差的绝对值。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.注塑过程控制方法，所述注塑过程依次包括合模阶段、注射阶段、保压阶段、塑化阶段以及开模阶段，其特征在于，所述保压阶段通过以下步骤控制注塑机的电机的速度：

实时获取注塑机的模腔内的压力参数后，结合压力参数和预设公式获取第一角速度值；

将第一角速度值反馈至注塑机的控制器后，控制器根据第一角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制；

所述预设公式为：

其中，B_m是摩擦系数，J是电机转动惯量，

是第一角速度值，P是压力参数，t为预测周期，k为系数因子；

所述注射阶段通过以下步骤控制电机的速度：

实时获取模腔内的压力参数和电机的角位移参数，并根据角位移参数获取第二角速度值；

结合压力参数和预设公式获取第一角速度值后，计算第一角速度值与第二角速度值的误差值；

根据误差值和预设阈值判断第二角速度值是否准确，若准确，将第二角速度值反馈至控制器，并更新保存该第二角速度值；反之，删除该第二角速度值，并获取上一次保存的第二角速度值反馈至控制器；

控制器根据反馈的第二角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。

2.根据权利要求1所述的注塑过程控制方法，其特征在于，所述电机的角位移参数采用编码器获得，所述模腔内的压力参数采用压力传感器获得。

3.根据权利要求1所述的注塑过程控制方法，其特征在于，所述误差值为第一角速度值与第二角速度值的差的绝对值。

4.注塑过程控制系统，所述注塑过程依次包括合模阶段、注射阶段、保压阶段、塑化阶段以及开模阶段，其特征在于，采用第一速度控制单元对保压阶段注塑机的电机的速度进行控制，所述第一速度控制单元包括：

获取参数模块，用于实时获取注塑机的模腔内的压力参数后，结合压力参数和预设公式获取第一角速度值；

反馈控制模块，用于将第一角速度值反馈至注塑机的控制器后，控制器根据第一角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制；

所述预设公式为：

其中，B_m是摩擦系数，J是电机转动惯量，

是第一角速度值，P是压力参数，t为预测周期，k为系数因子；

采用第二速度控制单元对注射阶段注塑机的电机的速度进行控制，所述第二速度控制单元包括：

第一模块，用于实时获取模腔内的压力参数和电机的角位移参数，并根据角位移参数获取第二角速度值；

第二模块，用于结合压力参数和预设公式获取第一角速度值后，计算第一角速度值与第二角速度值的误差值；

第三模块，用于根据误差值和预设阈值判断第二角速度值是否准确，若准确，将第二角速度值反馈至控制器，并更新保存该第二角速度值；反之，删除该第二角速度值，并获取上一次保存的第二角速度值反馈至控制器；

第四模块，用于控制器根据反馈的第二角速度值控制电机的速度，对电机的速度进行闭环控制。

5.根据权利要求4所述的注塑过程控制系统，其特征在于，所述电机的角位移参数采用编码器获得，所述模腔内的压力参数采用压力传感器获得。

6.根据权利要求4所述的注塑过程控制系统，其特征在于，所述误差值为第一角速度值与第二角速度值的差的绝对值。

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