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注塑机压力及速度之PID参数原理分析

发布日期:2019-08-10 14:06:02 星期六
摘要:

在注塑机中,应用最为广泛的控制规律为比例、积分、微分控制,简称pid控制。当注塑机压力,速度及温度实际参数不能 […]

注塑机中,应用最为广泛的控制规律为比例、积分、微分控制,简称pid控制。当注塑机压力,速度及温度实际参数不能完全可靠掌握,或得不到精确的数学模型,控制理论的其它技术难以采用时,参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用pid控制技术最为方便。即当大家不完全了解注塑时实际的压力,速度,温度,或不能通过有效的测量手段来获得上述参数时,最适合用pid控制技术。pid控制,实际中也有pi和pd控制。pid控制就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

比例(p)控制

 

比例控制是一种最简单的控制方式。其控制的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差(steady-state error)。

 

积分(i)控制

 

在积分控制中,控制系统的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个注塑机控制系统,如果在进入稳态后存在稳态误差,则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(system with steady-state error)。为了消除稳态误差,在注塑机压力,速度,温度控制中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大。这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动注塑机电脑的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等于零。因此,比例+积分(pi)控制,可以使注塑机系统在进入稳态后无稳态误差。

 

微分(d)控制

 

在微分控制中,注塑机电脑中压力,速度,温度的信号输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。 注塑机电脑在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件,具有抑制误差的作用,其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”,即在误差接近零时,抑制误差的作用就应该是零。

 

这就是说,在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的,比例项的作用仅是放大误差的幅值,而目前需要增加的是“微分项”,它能预测误差变化的趋势,这样,具有比例+微分的注塑机电脑,就能够提前使抑制误差的控制作用等于零,甚至为负值,从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象,比例+微分(pd)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

 

pid的参数整定是注塑机控制系统设计的核心内容。它是根据注塑过程的特性确定压力,速度,温度pid控制的比例系数、积分时间和微分时间的大小。pid控制参数整定的方法很多,概括起来有两大类:一是理论计算整定法。它主要是依据注塑机动作系统的数学模型,经过理论计算确定控制参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过注塑机实际动作进行调整和修改。

 

二是注塑机动作过程整定方法,它主要依赖注塑机动作控制经验,直接在注塑机运转时进行压力,速度及温度调整,且方法简单、易于掌握,在注塑机调试中被广泛采用。pid控制参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后按照注塑机调试经验对pid参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的pid参数,都需要在实际运行中进行最后调整与完善。

 

在注塑现场整定过程中,大家要保持pid参数按先比例,后积分,最后微分的顺序进行,在观察现场过程值pv的趋势曲线的同时,慢慢的改变pid参数,进行反复凑试,直到控制质量符合要求为止。在对注塑机压力,速度及温度的具体整定中,大家通常先关闭积分项和微分项,即将ti设置为无穷大、td设置为零,使其成为纯比例调节。

 

初期比例度按经验数据设定,根据pv曲线,再慢慢的整定比例控制比例度,使系统达到4:1衰减振荡的pv曲线,然后,再加积分作用。在加积分作用之前,应将比例度加大为原来的1.2倍左右。将积分时间ti由大到小的调整,真到系统再次得到4:1的衰减振荡的pv曲线为止。若需引入微分作用,微分时间按td=(1/3~1/4) ti计算,这时可将比例度调到原来数值或更小一些,再将微分时间由小到大调整,直到pv曲线达到满意为止。有一点需要注意的是:在凑试过程中,若要改变ti、td时,应保持 的比值不变。

 

在找到最佳整定参数之前,要对pv值曲线进行走势分析,判断扰动存在的变化大小,再慢慢的进行凑试。如果经过多次乃找不到最佳整定参数或参数无法达到理想状态,而注塑生产工艺又必须要求较为准确,那就得考虑单回路pid控制的有效性,是否应该选用更复杂的pid控制。

 

值得注意的是:pid最佳整定参数确定后,并不能说明它永远都是最佳的,当由外界扰动的发生根本性的改变时,比如说压力比例阀调整清洗了,加热圈更换了,其实若温度要精密调节,不同是产品,不同的背压,热惯性都不同,都要进行调整!大家就必须重新根据需要再进行最佳参数的整定,它也是保证pid控制有效的重要环节。 当然实际注塑生产中只要一段时间进行一次检定即可!

 

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