全闭环控制注塑机的关键技术研究

全闭环控制注塑机的关键技术研究

唐小亮

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摘要：在对目前注塑机控制技术发展中存在的问题和有关专利进行全面分析的基础上，通过对注射成型工艺中三个主要环节的深入研究，分析了注射成型工艺中影响注射成型制品表面质量的主要因素，并从总线技术、高速动态响应、模糊控制、马达驱动等角度，提出了注射成型工艺中的全闭环控制技术。研究结果显示：基于 NCUC总线，对 NCUC总线的应用层进行了重新定义，实现了注塑过程的压力和位置全闭环控制；并对注射成型过程中的压力与位置进行了快速、高精度的控制；采用自寻优的方法，实现了全闭环的位置与全闭环的压力控制，实现了两种控制器之间的平稳转换，具有较好的鲁棒性能。

关键词：全闭环；注塑机;控制系统;总线技术

前言：

全闭环控制注塑机在提高注塑产品的精度、一致性和生产效率方面具有显著优势。然而，实现全闭环控制注塑机面临诸多技术挑战，而且传统的注塑成形技术在尺寸精度、工作稳定性和残余应力等方面已经不能满足高精度金属零件的需求，因此提出了注塑成形技术。精确注塑是一种与传统注塑相比，具有非常高的精度要求，是一种在常规注射成型中难以完成的注射成形技术。在精确注射工艺中，应重视对成形材料的选用，对其进行设计，并对其进行优化，并对其进行操作与管理。

1精密注塑机的特点

注入的速度加快了,提高注塑速率，既能实现复杂型面的注塑，又能有效地降低产品的尺寸误差。在此基础上，进一步验证了注塑压力、注塑速度对制件精度的影响。本发明具有较高的注塑动力，可缩小所成产品的误差范围，改善产品的尺寸稳定性。当注入功率增大时，可提高流长比率（L/H)(L流长， H产品厚度）。为了提高注射工艺参数的反复精确度，建议使用多级反馈控制来实现注射精确度。其特征在于：一种10段射胶闭环注塑系统，采用电感位移控制或时间控制；多段压力保持时间，压力和速度的控制；采用智能 PID控制螺杆温度等。更准确地控制螺杆和喷头的温度，使加热过程中的超调量降到最低，使加热过程中的温度波动降到最低。精密注射设备则使用了一套封闭回路的加热和冷却系统，使工作油的温度保持在50℃至55℃之间。严格地控制铸模的温度。铸型温度直接关系到制品的几何精度。在成型过程中，不仅要考虑到成型材料的降温过程，还要考虑到成型过程中的温度等因素。相同的降温周期，模具型腔中的低温制品，其壁厚大的制品具有更高的壁厚[1]。

2闭环控制的原理和主要方法

闭环控制的出发点是：通过对目标量的测量，用相应的传感器来探测，并生成与目标量成比例的输出，一般为电压、电流或模拟信号，从而实现对目标量的精确测量；将该信息反馈至闭环控制器，并将其与预设值相对比，闭环控制器将在目标值与预设值偏差的情况下，输出额外的控制信号，由执行器调节被控物体，以达到目标值与预设条件的一致性。闭环控制能有效地克服各种扰动因素对被控对象的影响，从而提高了系统的控制精度。闭环控制的特征是：系统的输出直接影响到控制的效果。在此基础上引入了反馈机制，并利用该机制降低了系统的误差，使得输出更接近于预定的数值。当外部和内部的扰动发生时，它的作用会被削弱。由于系统会产生不稳定性，所以就有了温度性检验（稳定性准则）问题。一般情况下，注射成型设备的闭环控制可分为两种，一种是软件闭环，另一种是硬件。采用软件闭环控制方法，对注射成型设备的控制器进行程序设计，从而完成对注射成型设备的闭环控制。而在硬件闭环控制中，采用一种特殊的闭环控制器，对某一目标量进行闭环控制。通常需要匹配对应的感测元件及高反应速度的闭月示例阀或随动阀。该方法具有无穷小的取样周期，因而能达到对被测对象非常准确地控制效果[2]。

3全闭环注塑机控制的关键技术

3.1 实时、高可靠注塑机总线协议技术

传统的注射成型机采用单向操作流程，要保证闭环控制精度，就需要在控制器和执行机构间建立一个稳定、可靠的通信。为了达到这个目的，可以使用一种即时的行业内以太网总线（NCUC-Bus)（NCUC-Bus）。本方案在物理层与数据层上都是通用的，这样就可以针对具体的实际情况进行设计。通过向器件施加压力、电流和温度等控制信号，研制新型驱动器件，最终将以太网总线与注塑装备集成。使用该方法有许多好处。首先，设计了实时通信协议，保证了通信的实时、可靠，防止了通信失败造成的安全隐患。其次，通过定制应用层协议，可以更好地适应注射成型设备的特殊需求，提高设备的性能和效率。最后，以太网总线技术的应用可以方便地实现设备之间的互联互通，为注射成型生产的智能化和数字化提供了基础条件。

3.2注塑机自适应全闭环控制及高速动态响应控制技术

针对压力、位置等控制问题，提出了以太网总线为核心的全闭环压力、位置等信息的实时采集和反馈，在以太网总线上实时传输各类实时控制信号，并在数控设备、伺服驱动设备、 PLC控制单元等多个环节上实时传输，数控设备对反馈信号进行处理，从而提高整个注塑成型过程中的速度、速度、位置等信息，从而提高整个注塑成型过程中的速度、位置等信息，为注塑成型过程的控制提供了一种新的思路。在此基础上，通过对铸件浇口、型腔等部分的检测，实现了对铸件的压力闭环控制。通过对模腔内压力的监测，实时动态地调整喷胶压力，确保模腔重要位置的压强保持不变，以均匀的速率充填、充填，并使充填过程达到恒定的压强，确保成型的准确性和稳定性。

3.3先进的全闭环压力和全闭环位置模糊切换控制策略

在注射成型过程中，存在着两种工作方式，一种是全闭环状态，另一种是全闭环状态，这两种状态不可能一次完成，因此，需要控制系统能够及时判断，并在两者之间平稳转换，避免对产品及设备造成不利影响。模糊决策方法能够很好地解决以上问题。然而，由于注射成型过程中存在着非线性、强耦合和时变性等特点，难以对注射成型过程进行准确地建模。采用纯粹搜索的方式，智能地调整模糊参数，以达到模糊参数地自我寻找最优的目标，从而使模糊规则库的构建更加容易和易于实施，从而使注塑机驱动系统能够获得最佳或次最佳的结果[3]。

3.4交流永磁同步伺服电机优化控制

内环特性的控制是实现全传动的关键，本项目提出采用一种新颖的 PWM调制方式，在保证 PWM开关频率不受改变的情况下，增加电流环的电流环切变频率，扩展其工作频带，增强其对外界扰动的反应能力。提出了一种新型的滤波与滑模模式控制算法，通过在电机中设置一种抑制谐振的陷波器，改善了电机驱动的“应答性”。针对伺服电机、驱动器、负载等“一般受控物”的不确定因素，提出一种基于 PID和非线性的伺服伺服控制方法，改善伺服控制刚性，改善伺服控制质量与自适应能力，增加对负载转矩等扰动的抵御能力，提高伺服制品的精度与稳定性，提升系统的稳态和瞬态特性，从而达到“三高一体”的目的。

结束语

精密注射产品已深入到人们的日常生活的各个方面，在21世纪，它将会在不断的发展与改进。精密注射成形技术向高速、超精密、小型化和智能化的方向发展。当前，德国，日本，美国等西欧国家是国际上最先进的精密注射成型技术的中心，韩国，新加坡等东南亚国家和地区，以及我国香港，台湾等也得到了快速的发展。近年来，国内精密注射成型技术发展迅速，但与国外先进国家相比仍有一定差距。中国精密注射成型设备及其控制系统的研制，必须结合本国国情，加大对高科技的运用，不断提升其控制技术，以不断缩短与国外先进国家的差距。

参考文献：

[1]张伦玠,黄丽,彭李. 全闭环控制注塑机的关键技术研究[J]. 机床与液压,2016,44(21):85-88.

[2]刘松良. 全电动注塑机压力控制模块的算法研究与实现[J]. 电子产品世界,2016,23(12):71-73.

[3]王超先,陈宏愿,王少鹏. 塑料注塑试样制备标准修订及注塑机选型[J]. 塑料工业,2022,50(5):158-162.