在注塑工业中奥德模温机占市场90%

在注塑工业中，注塑机装备了专用的模具温度节制系统，普通称为模温机，用来加热或冷却模具并坚持它的任务温度，包管注塑件质量不变并优化加工工夫。模温机由电器局部及流体保送局部组成，前者包罗节制器、开关/平安元件、温度传感器等，后者包罗加热器、冷却器、主泵、平安元件等。个中，节制器作为模温机的神经中枢，担任布置模温机的整个任务流程，并关系到其任务功能的黑白。因而，设计一套功能优胜、功用完全、操作简洁的节制系统，是模温机设计技能的中心和要害地点。
传统模温机的温度节制模块大多采用PID节制算法，固然精度高且不变性好，但当开始温度与目的温度相差较大时，系统呼应工夫长。别的，PID参数的调整也比拟坚苦，这将大大降低系统的自顺应才能。鉴于此，本文着重从恍惚节制的角度设计模温机节制器的温度节制模块。问题是因为模温机能够需求交换分歧功率的加热器，并且各类注塑原料其热学物理特征也存在差别，基于专家经历的恍惚节制办法将不克不及很好地顺应这种控温情况的转变。这使得在一种控温情况下正常任务的恍惚节制战略能够会在另一种控温情况中招致超调的不良景象。对此，本文经过引入升温速度因子，提出一种有用按捺超调的恍惚节制办法，使系统在必然水平上可以顺应控温情况的转变。http://www.aodewk.com
1 系统总体设计
　综合思索产物本钱、系统功能等要素，模温机节制器选用宏晶科技公司出产的STC10F12XE作为微节制器。STC10F12XE属于STC11/10xx系列单片机，任务在单机械周期下，指令代码完全兼容传统的8051，速度却快了8~12倍，有用包管了系统节制的及时性，并具有低功耗和超强抗搅扰的长处，还芯片内部还集成了12 KB的Flash顺序存储器、512 KB的SRAM以及1 KB的EEPROM，足以寄存完成复杂节制算法的顺序代码以及系统运转所需的相关参数，完万能够胜任本系统工业智能节制的使用场所。环绕STC10F12XE设计硬件系统，模温机节制器首要由以下几个局部构成：电源电路、复位电路、时钟电路、显示电路、温度采集电路、按键检测电路、相位检测电路等，如图1所示。

　为加强系统在工业节制场所的抗搅扰性，在硬件完成时将节制器分红主板和节制板两局部。主板首要包括以处置数字旌旗灯号为主的复位电路、时钟电路、数码管、指示灯显示电路及按键检测电路。节制板则包罗处置模仿旌旗灯号为主的电源电路、相序检测电路、温度采集电路以及继电器开关电路等。由节制板的电源电路发生两个自力电源，辨别为两块板的相关电路模块供电。由主板单片机向节制板宣布的节制旌旗灯号以及从节制板反应回单片机的旌旗灯号均经过光耦离隔，然后加强了系统的不变性。
2 温度节制及相关模块设计
2.1 温度采集模块
　本文采用外接A/D转换芯片的办法完成模温机节制器的温度采集模块，选用的芯片是德州仪器出产的10位模数转换器TLC1549。该芯片可经过单片机串行节制，并以串行方法输出转换数据，只需占用单片机3个并行I/O引脚，最大误差为±1 LSB，共同K型感温线和旌旗灯号扩大电路就可以很好地完成温度采集。
　依照TLC1549的任务时序要求，在STC10F12XE准时器T0的中缀节制下，取时序电平脉宽为1 ms，即可均匀每25 ms读取一次采样数据量，然后每200 ms可延续采样8次，最终对8次采样值按算术均匀值滤波后求得有用采样值，而系统温度节制周期为6 s，因而5次/s的采样速度可以知足系统节制的及时性要求。本文采用线性插值的办法将采样数据量转换成实践温度值，详细做法为在存储器中寄存一张查找表，记载了在30℃～250℃的控温局限内每隔5℃取一个温度值所对应的采样数据量。如许经过查表和简略的线性核算公式即可由采样数据量求得对应温度值：

2.2 解析式法恍惚节制的功能剖析
　在模温机的控温使用场所中，情况噪声较大，并且因为注塑原料物理特征的差别，以及模具容积与所要求的加热器功率的分歧，无法为受控对象界说一致的数学模子。可见，PID节制办法用于模温机的温度节制存在较大的局限性。恍惚节制具有较强的优势，由于它可以应用人类的专家节制经历来补偿受控对象动态特征中的非线性和不确定性，不依靠对象的数学模子，具有较强的鲁棒性[1]。为简化推理进程，恍惚节制范畴有学者提出抛开节制表，援用简略解析式来完成节制规矩，如式(2)[2]所示：

　这类权系数调整办法偏重于从微观上捕获受控对象的动态特征，对既定的受控对象有优越的节制结果。但无论是分段指定权系数照样在指定权系数初值后采用优选法在线批改权系数，权系数的转变规则都是必然的。因而，当受控对象改变时，其动态特征必定有所转变，若只按某种特定例律拔取权系数来跟踪其动态特征，将存在必然的局限性。在实行室情况下，依照上述优选法解析式完成温度恍惚节制算法，并经过在模温机节制器上外接功率辨别为500 W和1 000 W的熔锡炉模仿模温机加热器对700 g锡进行加热控温实行，初始温度为室温(20 ℃)，当目的温度设置在120 ℃时，500 W锡炉的超调量为11 ℃，而1 000 W锡炉的超调量则到达了20 ℃。关于注塑机实践使用场所，过高的超调量会对注塑件的质量发生不良影响。
　本文所述节制器经过在每个节制周期核算继电器的闭应时间作为恍惚节制的输出量，思索到继电器的运用寿命，节制周期不克不及过短，本文中设为6 s。而优选法权系数调整周期大致与系统节制周期一致，当受控对象升温速度较快(如2 ~3 ℃/s)时，权系数的调整将分明滞后。另一方面，因为论域过大会影响系统的节制精度，因而在恍惚节制中往往选择巨细适宜的论域。这就意味着温控系统必需在偏向值落入某个较小论域后才开端恍惚节制，此前加热器将不断继续任务，而在这个阶段系统并未对受控对象的动态特征进行有用跟踪，且初始温度偏向越大，则此未受控阶段越长。因而，系统是在对受控对象转变趋向一窍不通的状况下进入恍惚节制阶段的，这种滞后性很有能够招致恍惚节制的掉效并惹起大幅度的超调。综上所述，系统的滞后性是惹起超调的主要缘由，有需要在恍惚节制算法中引入可以全程调控受控对象的节制机制。
2.3 带升温速度因子的分层恍惚节制办法
　在传统恍惚节制中，虽然系统进入恍惚节制阶段前的未受控阶段较长，但该阶段未受控并不料味着不成控。为克制由此而直接激发的系统滞后性，本文经过引入分层恍惚节制模子来延长系统节制的掩盖面，以消弭未受控阶段，该模子如图2所示。个中升温速度因子是一个恍惚变量，用以描绘受控对象的瞬时形态。整个控温进程可以分为两个条理，系统节制上层应用升温速度因子跟踪受控对象升温转变趋向，并据此从恍惚节制战略库中提取节制战略；系统基层则依据所选节制战略施行节制子进程，完成后再回到系统节制上层持续检测升温速度因子。如斯轮回来去，从微观和微观上对受控对象进行具体调控。
　升温速度因子按温度上升必然数值所阅历的工夫来界说恍惚从属度speed。在准时器中缀处置例程中，speed核算进程如下列伪代码所示：
count(time)；
IF ntemp-ltmep>=ΔT THEN
        IF time<T1 THEN
            speed=0；
            reset(time)；
            ltemp=ntemp；
        ELSE IF time<T2 THEN
            speed=0.5；
            reset(time)；
            ltemp=ntemp；
        END
END
IF time>T3 THEN
        speed=1；
        reset(time)；
        ltemp=ntemp；
END

　本文取ΔT=2(℃)、T1=3(s)、T2=5(s)，T3=8(s)，所得的speed越小则透露表现升温速度越快，反之则越慢。由此，系统就能自始至终跟踪受控对象的转变趋向，而不再局限于某类受控对象的动态特征，且具有较强的及时性。基于上述分层节制模子，系统借助升温速度因子在较大偏向局限内对受控对象施行全程节制，详细流程如图3所示。

　设定目的温度TP后，系统及时核算升温速度因子的恍惚从属度，跟踪升温趋向。当温度偏向e进入一个较大阈值Emax(如60℃)局限内后，系统依据speed选择节制战略。
　(1)当speed=1时，则以为升温速度正常或偏慢，加热器可继续任务。
　(2)当speed=0时，则以为升温速度过快，可使加热器随机中止任务1或2个节制周期以缓冲升温速度。
　(3)当speed=0.5时，则以为升温速度较快，若当时温度偏向e并未落入恍惚节制论域Emin中，则可经过令TP0=当时温度+Emin，系统以TP0为子目的进行恍惚节制，并按子目的核算偏向e0。经过比拟e0与阈值E0，当温度上升至接近子目的TP0时，则依据speed从新选择微观节制战略。
　(4)一旦偏向e落入恍惚节制论域Emin中，则以TP为目的进入最终的恍惚节制阶段。
依照上述节制规矩，系统连系升温速度因子选择节制战略，从较大的偏向开端，在整个节制进程中将随同若干以TP0为子目的的阶段性恍惚节制进程，然后合理协调了升温速度，虽然能够会牺牲一些温度上升的呼应工夫，但因为有用按捺了超调，响应地也削减了因为超调而破费的回调工夫。从总体上看，系统功能获得必然水平的优化。
3 实行后果剖析
　在室温(20℃)下辨别选用功率为500 W和1000 W的熔锡炉仿真模温机加热器对700 g锡进行加热控温实行。实行平分别采用了不带升温速度因子的通俗恍惚节制算法和带升温速度因子的分层恍惚节制算法进行比照，详细数据如表1及表2所示。

　经过比拟两种分歧功率熔锡炉的实行数据可知，采用通俗恍惚节制办法进行控温，超调量将跟着熔锡炉功率变大而明显变大，而带升温速度因子的分层恍惚节制办法的超调量则简直没有转变，且所需的控温工夫也并不比通俗恍惚节制办法长。实行后果标明，带升温速度因子的分层恍惚节制办法能有用按捺超调，且对控温情况的转变有优越的顺应才能。
　本文针对模温机使用场所控温情况时有转变的状况，评论了通俗权系数自调整的解析式恍惚节制办法的局限性，指出系统节制的滞后性是激发超调的主要缘由。为能更精确地描绘受控对象的转变趋向，本文引入了及时性较强的升温速度因子，并连系该因子在较大偏向局限内合理选择节制战略，使进入最终恍惚节制阶段前相当长的时段不再成为控温“盲区”，能针对分歧受控对象的动态转变特征协调整个控温进程。当受控对象升温速度过快时，系统经过在控温进程中刺进若干节制子进程加以微观调控。当受控对象升温速度正常时，系统控温进程则趋于通俗的恍惚节制。实行数据标明，本文提出的恍惚节制办法有用按捺了超调景象，对控温情况的转变有优越的顺应性。
参考文献
[1] 蔡自兴，徐光佑.人工智能及其使用[M].北京：清华大学出书社，2004.
[2] 龙升照，汪培庄.Fuzzy恍惚节制的自调整问题[J].恍惚数学，1982(8)：105-112.
[3] 王伟，张航.公式法恍惚决议计划的恍惚节制器及其使用研讨[J].核算机工程与使用，2007，43(27)：246-248.