基于模糊PID技术的注塑机温度控制研究

许晨嘉（合肥工业大学，安徽 合肥 230009）



基于模糊PID技术的注塑机温度控制研究

许晨嘉
（合肥工业大学，安徽 合肥 230009）

摘要：注塑机料筒温度控制是决定塑料产品质量的决定性因素，为了能够提高其料筒温度控制的精度和稳定性，将模糊PID控制技术应用于注塑机料筒温度控制中。首先，研究了模糊PID控制系统的基本原理；其次，设计了注塑机料筒温度的模糊PID控制系统，设置了模糊控制规则；最后，分别利用传统的PID控制系统和模糊PID控制系统对注塑机料筒温度进行控制仿真研究，仿真结果表明模糊PID控制技术能够获得更好的控制效果。

关键词：模糊PID；注塑机；温度；控制

注塑机是用于加工塑料产品的关键设备，在注塑机加工过程控制中温度是一个非常关键点控制指标。注塑机料筒的温度是决定加工的塑料产品品质的决定性因素，在注塑机工作过程中，尽可能地使其料筒温度在预先设定的温度值附件产生较小的波动。目前，PID控制系统是进行注塑机料筒温度控制的主要技术，在使用过程中需要反复地调节PID控制参数才能获得料筒温度控制的目的，因此，操作过于复杂，控制精度也难以保证。为了能够提高PID控制系统的有效性，需要对传统的PID控制系统进行改进，将模糊控制和传统的PID控制技术融合起来构造了模糊PID控制系统，用于注塑机料筒温度的控制中，能够有效地提高注塑机料筒温度的控制精度，具有较好的自适应性[1]。

1　模糊PID控制系统的基本原理

PID控制器属于线性控制器，控制偏差可以表示为如下的形式：

式中，R(t)表示控制系统的温度给定值，Y(t)表示控制系统的温度实际输出值。PID控制模型可以表示为如下的形式[2]：

式中，s为序列，s=0,1,2；Q(s)为输出值；EC(s)为输出偏差变化量，EC(s)=E(s)-E(s-1)；为系统输入的误差；KP为比例因子；KI为积分因子；KD为微分因子。

模糊PID控制系统就是把模糊控制和PID控制的优点结合起来构造的，相应的参数表达式如下所示：

2　注塑机料筒温度的模糊PID控制系统的设计

基于模糊PID技术的注塑机料筒温度控制系统示意图如图1所示。

图1　注塑机料筒温度

依据注塑机料筒温度控制的实际需求，构造相应的传递函数，相应的表达式如下所示[3]：

焦俊丽

表1　△KP　模糊控制规则

表2　△K1　模糊控制规则

表3　△KD　模糊控制规则

依据设计的模糊控制规则可以获得相应的控制逻辑表，模糊PID控制器的输出值获取流程如下所示[4]：

步骤1：计算模糊推理的全部元素的重心；

步骤2：根据步骤1的结果能够确定精确值，相应的求解方程如下所示：

式中，U*为精确值；λ(i)为△KP、△KI和△KD的隶属度函数，n为输出元素的数目。

3　注塑机温度控制仿真分析

为了验证模糊PID控制系统的有效性，进行了注塑机料筒温度的控制仿真研究，仿真程序利用MATLAB软件编制，同时利用传统的PID控制系统对注塑机进行控制仿真研究，仿真结果见表4。

表4　注塑机料筒温度控制仿真对比结果

从表4的仿真对比结果可知，利用模糊PID控制系统进行注塑机料筒温度控制仿真的过程中，四个料筒所得的超调量均小于传统PID控制系统所获得的超调量，同时模糊PID控制系统的稳态偏差小于传统PID控制系统的稳态偏差，从而表明，模糊PID控制系统具有较好的温度控制效果，能够使注塑机料筒温度处于平稳的状态。

4　结论

将模糊控制和传统PID控制技术融合起来构造了注塑机料筒温度控制系统，弥补了传统PID控制系统的缺陷，并且进行了温度控制仿真分析，仿真结果表明，该控制系统具有较小的超调量和稳态误差，能够获得更好的控制效果，使料筒温度控制于稳定值之内，从而能够提高塑料产品的质量。

参考文献：

[1] 周朋，虎恩典，赵文贤，等.一种多回路注塑机流体温度控制系统设计[J].计算机测量与控制，2015,(10):3406～3408.

[2] 陈立尧，彭雨春.全电动注塑机中的高精度温度控制要素研究[J].中国塑料，2013,(10):93～97.

[3] 吴上生，陆振威，陈维克，等.基于PID模糊控制与堵塞模型的过滤器反冲洗系统设计[J].现代制造工程，2016，(1):134～137.

[4] 赵鸿博， 张斌斌， 李健， 等. 基于模糊PID控制的船舶摇摆仿真平台研究[J]. 液压与气动， 2016, (1):32～35.

Research on temperature control of injection molding machine based on fuzzy PID technology

(P-01)

Fuzzy PID based temperature control for injection molding machines

Key words：fuzzy PID; injection molding machine; temperature; control

Abstract：Temperature control of the injection molding machine barrel is the decisive factor of the quality of plastic products, in order to improve the material barrel temperature control accuracy and stability, the fuzzy PID control technology is used in injection molding machine barrel temperature control. Firstly, the principles of fuzzy PID control system was studied; secondly, the injection molding machine barrel temperature fuzzy PID control system was designed, and the fuzzy control rule was set up. Finally, use the traditional PID control system and fuzzy PID control system to simulate injection molding machine barrel temperature control. The simulation results show that the fuzzy PID control technology can obtain better control effect.

中图分类号：TQ320.52

文章编号：1009-797X(2016)12-0009-03

文献标识码：A

DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2016.12.003

作者简介：许晨嘉（1991-），男，硕士，机电产品绿色设计与制造，主要从事机电装备的机械设计研究及注塑模具设计、流动分析、注塑工艺分析研究工作

收稿日期：2016-04-18