Estudio sobre el método de control de temperatura de la máquina de moldeo por inyección.

Prefacio

El plástico es un material común., con evidentes ventajas, tal como: calidad de la luz, buena plasticidad, reutilizable, bajo costo, etc., por lo que es ampliamente utilizado en el embalaje, medicamento, cosméticos y otros campos. Como el equipo clave para realizar el moldeado de plástico., la máquina de moldeo por inyección puede realizar fácilmente el moldeo primario [1,3] de productos plásticos como forma compleja y tamaño de alta precisión. Con el fin de garantizar la precisión de moldeo, eficiencia y estética de la máquina de moldeo por inyección, se debe mejorar la precisión del control de temperatura radial del cilindro de la máquina de moldeo por inyección. Si la temperatura es relativamente baja, conducirá a un plastificante desigual de partículas de plástico, causando desgaste o daños en el equipo; si la temperatura es relativamente alta, el plástico polimérico se descompondrá, resultando en tejido suelto, carbonización y luego envuelto en la pared interna del cilindro de material o superficie del tornillo, afectando seriamente la calidad del producto [4,5]. Por lo general, de acuerdo con los requisitos del proceso, la temperatura del cilindro de la máquina de moldeo por inyección se dividirá en 3~5 intervalos de temperatura, y diferentes temperaturas de moldeo por inyección de plástico serán diferentes, por lo que es difícil realizar el control de temperatura radial del cilindro de la máquina de moldeo por inyección. El algoritmo de control PID tradicional tiene las características de estructura simple y velocidad de respuesta rápida, que es ampliamente utilizado en el control de temperatura del cilindro de la máquina de moldeo por inyección [6,7]. Para el control de intervalo de temperatura múltiple, la máquina de moldeo por inyección a menudo adopta múltiples controles independientes PID de bucle único, pero el control de temperatura de la máquina de moldeo por inyección es propenso al ambiente externo, fluctuación de voltaje y otros factores, y el intervalo de temperatura adyacente interfiere entre sí. Para resumir, El control de temperatura de la máquina de moldeo por inyección tiene un acoplamiento y una no linealidad evidentes.. Si solo se utiliza el control PID tradicional, sus parámetros deben ajustarse repetidamente, y es difícil lograr el efecto de control ideal. En el presente, muchas estrategias de control avanzadas se introducen en el algoritmo de control de temperatura del cilindro de material, incluido el control experto, control de redes neuronales, control borroso, control de tiempo óptimo, etc., pero estos algoritmos no resuelven bien el problema de acoplamiento [8~11].

Para resolver este problema, un algoritmo de desacoplamiento estático basado en una red neuronal combina un control PID difuso para mejorar el efecto de control de temperatura de la máquina de moldeo por inyección.

Características de temperatura del conductor

El sistema de inyección de la máquina de moldeo por inyección se muestra en la Figura 1, incluyendo 1 cilindro de aceite, 2-tolva, 3-cilindro de materiales, 4-boquilla, 5-molde, 6-calentador de la sección de medición, 7-calentador de la sección de compresión, 8-calentador de la sección de transporte de sólidos. Toda la sección de calentamiento se puede dividir en una sección de transporte de sólidos (Sección I), sección de compresión (sección II) y sección de medición (sección III). Cada sección está equipada con hilo calefactor independiente, dispuestos a lo largo del cilindro de material, y el campo de temperatura requerido para el proceso de inyección se construye configurando diferentes valores de temperatura. Las partículas de plástico ingresan al cilindro de material a través de la tolva, y el cilindro de aceite empujará el tornillo para apretar el plástico a lo largo del cilindro de material. Después de precalentar, plastificante, inyección, retención de presión, enfriamiento y otros procesos, el molde finalmente se abre para obtener piezas de plástico. Teniendo en cuenta las diferentes potencias de calentamiento y la cantidad total de plástico en las diferentes secciones de calentamiento, los métodos de ajuste de temperatura son diferentes. Además, hay intercambio de calor entre los segmentos de calefacción adyacentes, y cada segmento se afecta mutuamente, por lo que el control de temperatura de plástico necesita resolver el problema de acoplamiento. Al mismo tiempo, la densidad plastica, la conductividad térmica y el coeficiente de difusión también cambiarán, por lo que el control de temperatura del cilindro de material no es lineal [12~15].

Imagen 1. sistema de inyección

Como se ha mencionado más arriba, el control de temperatura del cilindro de la máquina de moldeo por inyección pertenece al sistema MIMO. Según la ley de la conservación de la energía, el calor total Q generado por el hilo calefactor del cilindro es igual a la suma del calor requerido por el plástico fundido Q1 y la pérdida de calor Q2, y la expresión es como fórmula (1)

Diseño del controlador de temperatura

Algoritmo de desacoplamiento estático de redes neuronales

La red neuronal puede realizar el mapeo de entrada múltiple y salida múltiple, que puede resolver mejor los problemas como la no linealidad y la cronotaxis, y tiene las ventajas de una fuerte capacidad de adaptación y entrenamiento, por lo que en este artículo se propone un algoritmo de desacoplamiento estático, para realizar el control de desacoplamiento de la temperatura del cilindro. El sistema de control que combina el control PID difuso y el algoritmo de desacoplamiento estático de la red neuronal se muestra en la Figura 2. En la Fig. 2, i 1, i 2 y θ 3 son los valores de ajuste de temperatura de las secciones I, II y III del cilindro de inyección respectivamente; En 1, u2 y u3 son las señales de control del controlador PID difuso de las secciones del cilindro I, II y III respectivamente, y U1, U2 y U3 son la tensión de control del hilo calefactor del cilindro I, II y III respectivamente; T1, T2 y T3 son los valores reales de salida de temperatura de las secciones I, II y III respectivamente.

El controlador difuso adopta una estructura de dos entradas y tres salidas, donde la variable de entrada es la desviación de temperatura e de cada sección y la tasa de cambio e [6,6], el dominio de la teoría del lenguaje es {NÓTESE BIEN, Nuevo Méjico, NS, COMO ESTO, PD, PM, PM, PB}; la variable de salida es la variación del parámetro del controlador PID Δ kp, Δki, Δ kd, el dominio de la teoría es [5,5], el dominio de la teoría del lenguaje es {NÓTESE BIEN, Nuevo Méjico, NS, COMO ESTO, PD, PM, PB}. La función de pertenencia adopta la función trigonométrica., el método de razonamiento adopta el Mamdni, y el método de desenfoque adopta el método del centro de gravedad del área. Los principios de ajuste de los parámetros de kp., a, kd y otros son los siguientes:Controlador PID difuso

Si el error es relativamente grande, para mejorar la velocidad de respuesta del sistema y reducir el sobreimpulso, cuanto mayor sea Δ kp, se deben seleccionar Δ ki y Δ kd más pequeños.

Si el error y la tasa de cambio de error no son grandes, para reducir el sobreimpulso del sistema y mejorar adecuadamente la velocidad de respuesta, Δkp, Δ ki y Δ kd deben seleccionarse moderadamente.

Si la tasa de cambio de error es relativamente pequeña, cuanto mayor sea Δ kp, Se debe seleccionar Δ ki y un Δ kd más pequeño. Reglas difusas Como se muestra en la Tabla 1

Simulación y estudios experimentales

simulación

Verificar la viabilidad y eficacia del método., se lleva a cabo un estudio de simulación. El sistema de control de temperatura de la máquina de moldeo por inyección basado en el algoritmo PID tradicional y el algoritmo descrito en el documento se establece para la comparación de simulación. La temperatura de la sección I de la máquina de moldeo por inyección se establece en 180 ℃, la temperatura de la sección II se establece en 210 ℃, y la temperatura de la sección III se establece en 230 ℃. Los resultados de la simulación se muestran en la Figura 4. Los resultados de la simulación muestran que el control PID tradicional, el exceso de temperatura de la sección I del cilindro es de 4,7 ℃ y el tiempo estable consume alrededor de 76 s.; el exceso de temperatura del cilindro II es de 19,3 ℃ y el tiempo estable consume alrededor de 97 s; el exceso de temperatura del cilindro III es de 15,4 ℃ y el tiempo estable tarda unos 77 s. Usando el algoritmo de control descrito en el artículo, la temperatura de las secciones I, II y III casi no están sobreajustados, la curva de control de temperatura es suave, y el tiempo requerido para alcanzar el estado estacionario se reducirá. Los resultados muestran que el desacoplamiento estático de la red neuronal puede reducir bien la influencia de la interferencia del acoplamiento de temperatura..

Más, se aplica una cantidad de interferencia escalonada de 20 ℃ a la sección II del cilindro de material en t = 130 s para verificar la capacidad antiinterferente del sistema. Los resultados de la simulación se muestran en la Figura 5. Se puede ver a partir de los resultados de la simulación que por control PID, el exceso de temperatura de los segmentos I, II y III es 9.5 ℃, 9.3℃, 4.2℃, alrededor de los 30, 43s y 37s, y el estado estable, en el método de control descrito en el documento, es 0.5℃, 3.2℃ y 0,4 ℃, alrededor de 8s, 22s y 13. Los resultados de la simulación muestran que el método de control tiene un buen desacoplamiento, anti-interferencia y robustez.

• Resultados de simulación de control PID

• Los resultados de la simulación del método descrito en el artículo

ensayo

El algoritmo de control PID y el algoritmo de control PID difuso basado en el desacoplamiento estático de la red neuronal se trasplantaron respectivamente para inspección en tiempo real. Mida la temperatura de la sección del cilindro de material III para verificar la precisión del control de temperatura.. El dispositivo experimental se muestra en la Figura 6. Durante el experimento, la temperatura de la sección del cilindro I se establece en 180 ℃, la temperatura de la sección del cilindro II se establece en 210 ℃, y la temperatura de la sección III del cilindro se establece en 230 ℃. Los resultados de la prueba se muestran en la Tabla 2. Los resultados de la prueba muestran que el método de control puede mejorar la precisión del control de temperatura., que tiene buena capacidad de desacoplamiento y capacidad antiinterferente

imagen de la máquina