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解析全电注塑机背压控制的方法

来源: 发布时间:2017-05-06 08:45:41 查看次数:
全电注塑机背压控制的方法:
1.背压形成及其影响因素 
1.1背压形成机理
注塑机计量过程中,螺杆的旋转完成树脂粒料在料筒中的往前堆积,同时达到对树脂原料剪切的作用。当熔料越来越多时,树脂原料便会产生一个对螺杆的反向作用力,就会形成背压。背压的适当提高有利于熔料中空气的排出、增加熔料的塑化均匀性以及控制产品重量的一致性。
1.2背压的影响因素
电动注塑机控制中,影响背压的因素主要有三个:螺杆转速、螺杆结构以及螺杆的后退速度。相同的工艺参数条件下,螺杆转速越高,背压越大;螺杆转速一定的情况下,螺杆不同功能段的塑化能力不同,产生的背压也不同;螺杆后退速度越慢,熔料背压越大。
2.背压控制算法
为了保证树脂的均匀熔化,螺杆按照设定的转速旋转,即螺杆转速不进行调整,控制目标通过实时地调整螺杆的回退速度来实现。
2.1算法的基本原理
背压控制的基本原理为:当设定背压值一定时,螺杆的回退速度与当前的实际背压值成反相关的关系。实际压力值小于设定背压值时,螺杆只旋转不后退,当实际压力值大于设定背压值时,螺杆开始边旋转边后退,而且实际压力值与设定背压值的差值越大后退速度越快;实际背压值与设定背压值接近时,速度抖动要小,以避免实际背压压力值的抖动。
2.2控制算法的实现
二次曲线在越远离对称轴的地方斜率越大,这样的几何关系与上述控制原理相符合:把设定的指令背压值作为二次曲线的对称轴,当实际背压值远大于指令背压值时,螺杆的后退速度呈非线性的快速增大,使得实际压力迅速下降;当实际背压值与指令背压值接近时,则利用其在对称轴附近的平坦性保证后退速度的小波动;另外我们可以利用对称轴所带来的偏置,巧妙地避开外部干扰所导致的实际背压值的偏置。
为了达到控制要求,提出的控制算法:当实际背压值大于指令背压值时,将两者的差值进行放大,获得所需的螺杆指令后退速度v,再计算出指令的位移增量,输出给伺服驱动器。
3.实验与分析
3.1注射电机控制模块实现
我们利用状态机的设计方法对注射电机控制模块进行了开发。将整个注射电机的工艺分为七个不同的状态,依次为:暂停态(pause)、注射速度态(inj_fwd_vel)、注射速度-压力转换态(inj_fwd_v2p)、注射保压态(inj_fwd_prs)、计量前减压态(inj_bak_unload1)、计量态(inj_bak_pre-load)以及计量后防流涎态(inj_bak_unload2)。描述了不同状态之间的转换、状态间转换的条件和所需要的触发动作。在inj_bak_preload状态,塑化电机开始旋转,注射电机按照本文所提出的算法进行回退,两者配合完成背压的控制。
3.2 实验与分析
实验中各机械、工艺及控制参数如下:通用螺杆直径为21mm,原料为pp粒料,加热器的温度分别为185℃、210℃、200℃、170℃,控制周期为1ms;控制参数为poffset=0.28mpa,a0=9.5mm/min,a1=85mm/(min·mpa),a2=95mm/(min·mpa2)。
为了观察和比较不同背压值下的控制效果,实验设定四组背压值分别为6mpa、8mpa、10mpa、12mpa,并设定两组不同的转速值80r/min、120r/min。实际的背压控制效果,可以看出,背压的实际控制输出误差在1mpa内,考虑到外部干扰的影响(大约±0.35mpa),实际效果达到控制要求。
为了观察多级背压时的控制效果,设定两级背压6mpa和10mpa,对应转速分别为75r/min、110r/min。设定三段背压6mpa、12mpa、9mpa,对应转速分别为75r/min、110r/min、95r/min。可以看出,对于多级背压,本算法也可以将输出误差控制在1mpa以内,而且响应的速度也令人满意。
有时在计量过程的末期会出现压力的峰值,这主要是由注射电机末期的减速造成的,经过计量后减压工艺之后,实际背压值就会显著减小。剔除控制末端的实际压力峰值,计算得出对应的实际背压值的平均值以及iae(绝对误差积分)值如表1所示。从表中可以看出实际背压的输出平均值与设定背压值的误差在1mpa以内,而且当转速变大时,实际的背压输出值会稍大于设定背压值。该算法具有很好的重复性和稳定性。
4.结论
(1)本文提出了一种基于二次曲线的背压控制算法,针对实际背压值所处的区间选取不同的控制策略。
(2)通过实验验证,在不同背压设定值以及不同设定转速下,通过该算法得到的实际控制输出背压值的误差平均值可以控制在1mpa以内。
(3)本算法可以较好地处理多级背压的工艺要求。
(4)本算法具有良好的稳定性和可重复性。
 

 

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