Μελέτη για τη μέθοδο ελέγχου θερμοκρασίας της μηχανής χύτευσης με έγχυση

Πρόλογος

Το πλαστικό είναι ένα κοινό υλικό, με εμφανή πλεονεκτήματα, όπως: ποιότητα φωτός, καλή πλαστικότητα, επαναχρησιμοποιήσιμο, χαμηλό κόστος, και τα λοιπά., έτσι χρησιμοποιείται ευρέως στη συσκευασία, φάρμακο, καλλυντικών και άλλων τομέων. Ως βασικός εξοπλισμός για την πραγματοποίηση πλαστικής χύτευσης, η μηχανή χύτευσης με έγχυση μπορεί εύκολα να πραγματοποιήσει την κύρια χύτευση [1,3] πλαστικών προϊόντων όπως πολύπλοκο σχήμα και μέγεθος υψηλής ακρίβειας. Προκειμένου να διασφαλιστεί η ακρίβεια της χύτευσης, αποτελεσματικότητα και αισθητική της μηχανής χύτευσης με έγχυση, πρέπει να βελτιωθεί η ακρίβεια του ακτινικού ελέγχου θερμοκρασίας του κυλίνδρου της μηχανής χύτευσης με έγχυση. Αν η θερμοκρασία είναι σχετικά χαμηλή, θα οδηγήσει σε ανομοιόμορφο πλαστικοποιητή των πλαστικών σωματιδίων, προκαλώντας φθορά ή ζημιά στον εξοπλισμό; εάν η θερμοκρασία είναι σχετικά υψηλή, το πολυμερές πλαστικό θα αποσυντεθεί, με αποτέλεσμα χαλαρό ιστό, ενανθράκωση και στη συνέχεια τυλίγεται στο εσωτερικό τοίχωμα του κυλίνδρου ή της επιφάνειας της βίδας του υλικού, επηρεάζουν σοβαρά την ποιότητα του προϊόντος [4,5]. Συνήθως, σύμφωνα με τις απαιτήσεις της διαδικασίας, η θερμοκρασία του κυλίνδρου της μηχανής χύτευσης με έγχυση θα χωριστεί σε διαστήματα θερμοκρασίας 3~5, και η διαφορετική θερμοκρασία χύτευσης με έγχυση πλαστικού θα είναι διαφορετική, έτσι είναι δύσκολο να πραγματοποιηθεί ο ακτινικός έλεγχος θερμοκρασίας του κυλίνδρου της μηχανής χύτευσης με έγχυση. Ο παραδοσιακός αλγόριθμος ελέγχου PID έχει τα χαρακτηριστικά της απλής δομής και της γρήγορης ταχύτητας απόκρισης, που χρησιμοποιείται ευρέως στον έλεγχο θερμοκρασίας του κυλίνδρου της μηχανής χύτευσης με έγχυση [6,7]. Για τον έλεγχο διαστημάτων πολλαπλών θερμοκρασιών, η μηχανή χύτευσης με έγχυση υιοθετεί συχνά ανεξάρτητο έλεγχο PID πολλαπλού βρόχου, αλλά ο έλεγχος θερμοκρασίας της μηχανής χύτευσης με έγχυση είναι επιρρεπής στο εξωτερικό περιβάλλον, διακύμανση τάσης και άλλοι παράγοντες, και το παρακείμενο διάστημα θερμοκρασίας παρεμβαίνει μεταξύ τους. Εν κατακλείδι, ο έλεγχος θερμοκρασίας της μηχανής χύτευσης με έγχυση έχει προφανή σύζευξη και μη γραμμικότητα. Εάν χρησιμοποιείται μόνο ο παραδοσιακός έλεγχος PID, οι παράμετροί του πρέπει να προσαρμόζονται επανειλημμένα, και είναι δύσκολο να επιτευχθεί το ιδανικό αποτέλεσμα ελέγχου. Επειδή ο δίσκος IC έχει μικρό βάρος, πολλές προηγμένες στρατηγικές ελέγχου εισάγονται στον αλγόριθμο ελέγχου θερμοκρασίας κυλίνδρου υλικού, συμπεριλαμβανομένου του ειδικού ελέγχου, έλεγχος νευρωνικών δικτύων, ασαφής έλεγχος, βέλτιστος έλεγχος χρόνου, και τα λοιπά., αλλά αυτοί οι αλγόριθμοι δεν λύνουν καλά το πρόβλημα σύζευξης [8~ 11].

Για να λυθεί αυτό το πρόβλημα, ένας αλγόριθμος στατικής αποσύνδεσης που βασίζεται σε νευρωνικό δίκτυο συνδυάζει ασαφές έλεγχο PID για να βελτιώσει το αποτέλεσμα ελέγχου θερμοκρασίας της μηχανής χύτευσης με έγχυση.

Χαρακτηριστικά θερμοκρασίας αγωγού

Το σύστημα έγχυσης της μηχανής χύτευσης με έγχυση φαίνεται στο σχήμα 1, συμπεριλαμβανομένου ενός κυλίνδρου λαδιού, 2-χοάνη, 3-κύλινδρος υλικού, 4-στόμιο, 5-μούχλα, 6-θερμαντήρας τμήματος μέτρησης, 7-θερμαντήρας τμήματος συμπίεσης, 8-θερμαντήρας στερεού τμήματος μεταφοράς. Ολόκληρο το τμήμα θέρμανσης μπορεί να χωριστεί σε τμήμα μεταφοράς στερεών (ενότητα Ι), τμήμα συμπίεσης (τμήμα II) και τμήμα μέτρησης (τμήμα III). Κάθε τμήμα είναι εξοπλισμένο με ανεξάρτητο καλώδιο θέρμανσης, διατεταγμένα κατά μήκος του κυλίνδρου υλικού, και το πεδίο θερμοκρασίας που απαιτείται για τη διαδικασία έγχυσης κατασκευάζεται με τη ρύθμιση διαφορετικών τιμών θερμοκρασίας. Τα πλαστικά σωματίδια εισέρχονται στον κύλινδρο υλικού μέσω της χοάνης, και ο κύλινδρος λαδιού θα σπρώξει τη βίδα για να πιέσει το πλαστικό κατά μήκος του κυλίνδρου υλικού. Μετά την προθέρμανση, πλαστικοποίηση, ένεση, διατήρηση της πίεσης, ψύξη και άλλες διαδικασίες, το καλούπι τελικά ανοίγει για να ληφθούν πλαστικά μέρη. Λαμβάνοντας υπόψη τη διαφορετική θερμαντική ισχύ και τη συνολική ποσότητα πλαστικού σε διαφορετικά τμήματα θέρμανσης, οι μέθοδοι ρύθμισης της θερμοκρασίας είναι διαφορετικές. Επιπλέον, υπάρχει ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ των παρακείμενων τμημάτων θέρμανσης, και κάθε τμήμα επηρεάζει το ένα το άλλο, οπότε ο πλαστικός έλεγχος θερμοκρασίας πρέπει να λύσει το πρόβλημα της σύζευξης. Την ίδια στιγμή, την πυκνότητα του πλαστικού, Η θερμική αγωγιμότητα και ο συντελεστής διάχυσης θα αλλάξουν επίσης, οπότε ο έλεγχος θερμοκρασίας του κυλίνδρου υλικού είναι μη γραμμικός [12~ 15].

Εικόνα 1. σύστημα έγχυσης

Οπως αναφέρθηκε προηγουμένως, ο έλεγχος θερμοκρασίας κυλίνδρου της μηχανής χύτευσης με έγχυση ανήκει στο σύστημα MIMO. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της ενέργειας, η συνολική θερμότητα Q που παράγεται από το σύρμα θέρμανσης του κυλίνδρου είναι ίση με το άθροισμα της θερμότητας που απαιτείται από το πλαστικό τήγμα Q1 και την απώλεια θερμότητας Q2, και η έκφραση είναι ως τύπος (1)

Σχεδιασμός ελεγκτή θερμοκρασίας

Στατικός αλγόριθμος αποσύνδεσης νευρωνικών δικτύων

Το νευρωνικό δίκτυο μπορεί να πραγματοποιήσει τη χαρτογράφηση πολλαπλών εισόδων και πολλαπλών εξόδων, που μπορεί να λύσει καλύτερα προβλήματα όπως η μη γραμμικότητα και η χρονοταξία, και έχει τα πλεονεκτήματα της ισχυρής προσαρμοστικής ικανότητας και εκπαίδευσης, Έτσι ένας αλγόριθμος στατικής αποσύνδεσης προτείνεται σε αυτό το άρθρο, προκειμένου να πραγματοποιηθεί ο έλεγχος αποσύνδεσης της θερμοκρασίας του κυλίνδρου. Το σύστημα ελέγχου που συνδυάζει τον ασαφές έλεγχο PID και τον αλγόριθμο στατικής αποσύνδεσης του νευρωνικού δικτύου φαίνεται στο σχήμα 2. Στο ΣΧ. 2, θ 1, θ 2 και θ 3 είναι οι τιμές ρύθμισης θερμοκρασίας των τμημάτων I, II και III του κυλίνδρου έγχυσης αντίστοιχα; σε 1, Τα u2 και u3 είναι τα σήματα ελέγχου του ασαφούς ελεγκτή PID των τμημάτων κυλίνδρου I, II και III αντίστοιχα, και U1, Τα U2 και U3 είναι η τάση ελέγχου του καλωδίου θέρμανσης του κυλίνδρου I, II και III αντίστοιχα; Τ1, T2 και T3 είναι οι πραγματικές τιμές εξόδου θερμοκρασίας των τμημάτων I, II και III αντίστοιχα.

Ο ασαφής ελεγκτής υιοθετεί δομή δύο εισόδων τριών εξόδων, όπου η μεταβλητή εισόδου είναι η απόκλιση θερμοκρασίας e κάθε τμήματος και ο ρυθμός μεταβολής e [6,6], ο τομέας της γλωσσικής θεωρίας είναι {ΣΗΜ, NM, NS, ΣΑΝ ΑΥΤΟ, ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ, ΜΕΤΑ ΜΕΣΗΜΒΡΙΑΣ, ΜΕΤΑ ΜΕΣΗΜΒΡΙΑΣ, PB}; η μεταβλητή εξόδου είναι παραλλαγή παραμέτρου ελεγκτή PID Δ kp, Δki, Δ κδ, ο τομέας της θεωρίας είναι [5,5], ο τομέας της γλωσσικής θεωρίας είναι {ΣΗΜ, NM, NS, ΣΑΝ ΑΥΤΟ, ΥΣΤΕΡΟΓΡΑΦΟ, ΜΕΤΑ ΜΕΣΗΜΒΡΙΑΣ, PB}. Η συνάρτηση μέλους υιοθετεί την τριγωνομετρική συνάρτηση, η συλλογιστική μέθοδος υιοθετεί το Mamdni, και η μέθοδος αποθόλωσης υιοθετεί τη μέθοδο του κέντρου βάρους της περιοχής. Οι αρχές ρύθμισης των παραμέτρων του kp, προς την, kd και άλλα είναι τα εξής:Ασαφής ελεγκτής PID

Εάν το σφάλμα είναι σχετικά μεγάλο, προκειμένου να βελτιωθεί η ταχύτητα απόκρισης του συστήματος και να μειωθεί η υπέρβαση, τόσο μεγαλύτερο Δ kp, θα πρέπει να επιλεγούν μικρότερα Δ ki και Δ kd.

Εάν το σφάλμα και το ποσοστό αλλαγής σφάλματος δεν είναι μεγάλο, προκειμένου να μειωθεί η υπέρβαση του συστήματος και να βελτιωθεί κατάλληλα η ταχύτητα απόκρισης, Δ kp, Τα Δ ki και Δ kd θα πρέπει να επιλέγονται μέτρια.

Εάν το ποσοστό αλλαγής σφάλματος είναι σχετικά μικρό, τόσο μεγαλύτερο Δ kp, Θα πρέπει να επιλεγεί Δ ki και ένα μικρότερο Δ kd. Ασαφείς κανόνεςΌπως φαίνεται στον Πίνακα 1

Προσομοίωση και πειραματικές μελέτες

προσομοίωση

Για την επαλήθευση της σκοπιμότητας και της αποτελεσματικότητας της μεθόδου, πραγματοποιείται μελέτη προσομοίωσης. Το σύστημα ελέγχου θερμοκρασίας της μηχανής χύτευσης με έγχυση που βασίζεται στον παραδοσιακό αλγόριθμο PID και στον αλγόριθμο που περιγράφεται στο έγγραφο έχει καθιερωθεί για σύγκριση προσομοίωσης. Η θερμοκρασία του τμήματος I της μηχανής χύτευσης με έγχυση έχει ρυθμιστεί στους 180℃, η θερμοκρασία του τμήματος II έχει ρυθμιστεί στους 210℃, και η θερμοκρασία του τμήματος III έχει ρυθμιστεί στους 230℃. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης φαίνονται στο σχήμα 4. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν ότι ο παραδοσιακός έλεγχος PID η υπέρβαση θερμοκρασίας του τμήματος I του κυλίνδρου είναι 4,7 ℃ και σταθερή χρονοβόρα περίπου 76 δευτερόλεπτα; η υπέρβαση θερμοκρασίας του κυλίνδρου II είναι 19,3 ℃ και σταθερή χρονοβόρα περίπου 97 δευτερόλεπτα; υπέρβαση θερμοκρασίας του κυλίνδρου III είναι 15,4 ℃ και ο σταθερός χρόνος διαρκεί περίπου 77 δευτερόλεπτα. Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο ελέγχου που περιγράφεται στην εργασία, η θερμοκρασία των τμημάτων I, Τα II και III δεν είναι σχεδόν καθόλου υπερπροσαρμοσμένα, η καμπύλη ελέγχου θερμοκρασίας είναι ομαλή, και ο χρόνος που απαιτείται για την επίτευξη της σταθερής κατάστασης θα μειωθεί. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η στατική αποσύνδεση του νευρωνικού δικτύου μπορεί να μειώσει καλά την επίδραση της παρεμβολής σύζευξης θερμοκρασίας.

Περαιτέρω, μια ποσότητα παρεμβολής βήματος 20℃ εφαρμόζεται στο τμήμα του κυλίνδρου υλικού II σε t=130s για να επαληθευτεί η ικανότητα κατά των παρεμβολών του συστήματος. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης φαίνονται στο σχήμα 5. Μπορεί να φανεί από τα αποτελέσματα της προσομοίωσης ότι με έλεγχο PID, η υπέρβαση θερμοκρασίας των τμημάτων I, II και III είναι 9,5℃, 9.3℃, 4.2℃, περίπου 30s, 43s και 37s, και η σταθερή κατάσταση, στη μέθοδο ελέγχου που περιγράφεται στο έγγραφο, είναι 0,5℃, 3.2℃ και 0,4℃, περίπου 8 δευτ, 22s και 13s. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης δείχνουν ότι η μέθοδος ελέγχου έχει καλή αποσύνδεση, κατά των παρεμβολών και στιβαρότητα.

• Αποτελέσματα προσομοίωσης ελέγχου PID

• Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης της μεθόδου που περιγράφονται στην εργασία

δίκη

Ο αλγόριθμος ελέγχου PID και ο αλγόριθμος ελέγχου ασαφούς PID που βασίζονται στη στατική αποσύνδεση του νευρωνικού δικτύου μεταμοσχεύθηκαν αντίστοιχα για επιθεώρηση σε πραγματικό χρόνο. Μετρήστε τη θερμοκρασία του κυλίνδρου υλικού III για να επαληθεύσετε την ακρίβεια του ελέγχου θερμοκρασίας. Η πειραματική συσκευή φαίνεται στο σχήμα 6. Κατά τη διάρκεια του πειράματος, η θερμοκρασία του τμήματος κυλίνδρου I έχει ρυθμιστεί στους 180℃, η θερμοκρασία του τμήματος κυλίνδρου ΙΙ έχει ρυθμιστεί στους 210℃, και η θερμοκρασία του κυλίνδρου τμήματος III έχει ρυθμιστεί στους 230℃. Τα αποτελέσματα της δοκιμής φαίνονται στον Πίνακα 2. Τα αποτελέσματα της δοκιμής δείχνουν ότι η μέθοδος ελέγχου μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια ελέγχου θερμοκρασίας, που έχει καλή ικανότητα αποσύνδεσης και ικανότητα κατά των παρεμβολών

Εικόνα μηχανής