精密注塑机闭环电液比例伺服系统设计与控制研究

论文摘要

随着塑料制品应用范围的扩展,精密塑料注射成型装备的开发,是国内企业一直追求的目标。电液控制系统是精密注塑机难以解决的核心技术之一,决定和制约注射成型装备性能的提高,关键是在于控制系统和参数存在严重的时变、非线性及熔融负载复杂不确定因素。因此,注塑机电液控制系统的设计与控制研究具有重要的应用价值。本论文依托国家科技支撑计划项目“精密塑料注射成型装备关键技术的研究与产业化”的子课题开展研究工作,具体内容如下:1)论述注塑机液压控制系统及其自动控制策略的发展现状和技术特性,给出了注射电液控制系统的复杂性和控制难点。2)根据精密注塑机的工作原理和技术要求,提出以伺服比例阀为核心控制元件的闭环电液比例伺服注射控制系统;根据流体传动原理对系统进行了数学建模,得出相应的非线性微分方程组;利用Matlab/Simulink软件平台对系统的关键元器件建立仿真模型,并将其组成整个注射控制系统,分析系统的工作特性。3)基于电液控制系统中存在的非线性特性和熔融负载的不确定性,提出Fuzzy_PID复合控制和积分分离式PID算法分别控制注射过程中的螺杆速度和保压压力,并通过Matlab/Simulink对系统和控制策略进行仿真分析研究。4)将开发的系统应用于HTH注塑机中,进行注射速度、螺杆位置、保压压力和重复精度的试验研究,并与海天JU2000伺服注塑机进行同条件下的注射实验结果进行比较。结果表明,注射速度和保压压力的曲线跟踪性能很好,响应速度快且平稳,超调量小,整机和制品的精度得到明显提高。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 注塑机的发展
• 1.3 注塑机液压控制技术的研究现状
• 1.3.1 注塑机液压控制系统的要求和特点
• 1.3.2 注塑机液压控制系统的发展
• 1.4 液压控制系统的工作特性及控制策略研究现状
• 1.4.1 注塑机控制系统的工作特性及控制难点
• 1.4.2 液压控制系统控制策略的研究现状
• 1.5 本课题的研究概述
• 1.5.1 本课题的来源和研究意义
• 1.5.2 本课题的主要研究内容
• 1.6 本章小节
• 2 闭环电液比例伺服注射系统的设计
• 2.1 注塑机的原理及结构
• 2.1.1 注塑机的工作原理
• 2.1.2 注塑机的基本结构
• 2.2 注塑机闭环电液注射控制系统的设计
• 2.2.1 注射部分的设计参数
• 2.2.2 注射系统控制方式的确定
• 2.2.3 闭环电液比例伺服注射系统的控制原理
• 2.2.4 注射控制元件的选型
• 2.2.5 闭环电液比例伺服注射系统动力源设计
• 2.2.6 闭环电液比例伺服注射系统原理图的拟定
• 2.3 注塑机开关模、顶出液压控制系统设计
• 2.4 本章小节
• 3 闭环电液比例伺服注射系统的建模分析
• 3.1 系统动力源建模
• 3.1.1 伺服电机-定量泵模型
• 3.1.2 系统溢流阀的建模
• 3.1.3 蓄能器的建模与分析
• 3.1.4 容腔及管路流量连续性方程
• 3.1.5 系统动力源的整体仿真模型
• 3.2 伺服比例阀建模
• 3.2.1 伺服比例阀的流量方程
• 3.2.2 比例伺服放大器的数学模型
• 3.2.3 伺服比例阀阀芯运动的数学模型
• 3.2.4 伺服比例阀的仿真模型
• 3.3 系统执行机构与负载建模
• 3.3.1 注射液压缸的连续性方程
• 3.3.2 注射液压缸和负载的力平衡方程
• 3.3.3 注射执行机构的仿真模型
• 3.4 注射电液控制系统的线性化及控制性能分析
• 3.5 注射电液控制系统的非线性仿真模型
• 3.6 本章小节
• 4 闭环电液比例伺服注射系统的控制策略研究
• 4.1 注塑机系统的控制概述
• PID复合控制及仿真研究'>4.2 注射速度的Fuzzy_PID复合控制及仿真研究
• 4.2.1 经典PID控制算法
• 4.2.2 模糊控制的基本原理及结构
• PID复合控制原理'>4.2.3 Fuzzy_PID复合控制原理
• PID复合控制设计'>4.2.4 注射速度的Fuzzy_PID复合控制设计
• 4.2.5 注射速度的控制仿真
• 4.3 保压压力的积分分离式PID控制及仿真研究
• 4.3.1 保压压力的积分分离式PID控制算法设计
• 4.3.2 保压压力的控制仿真
• 4.4 本章小节
• 5 系统试验与分析
• 5.1 实验原理及设备
• 5.2 注射控制系统的实验结果及其分析
• 5.2.1 注射速度控制的实验结果分析
• 5.2.2 保压压力控制的实验结果分析
• 5.2.3 伺服电机控制注射过程的实验结果比较
• 5.2.4 系统重复精度实验结果分析
• 5.3 本章小节
• 6 总结与展望
• 6.1 论文结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 附录一
• 作者简历及在学期间所发表论文