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注塑機壓力及速度之PID參數原理分析

發布日期:2019-08-10 14:06:02 星期六
摘要:

在注塑機中,應用最為廣泛的控制規律為比例、積分、微分控制,簡稱pid控制。當注塑機壓力,速度及溫度實際參數不能 […]

注塑機中,應用最為廣泛的控制規律為比例、積分、微分控制,簡稱pid控制。當注塑機壓力,速度及溫度實際參數不能完全可靠掌握,或得不到精確的數學模型,控制理論的其它技術難以采用時,參數必須依靠經驗和現場調試來確定,這時應用pid控制技術最為方便。即當我們不完全了解注塑時實際的壓力,速度,溫度,或不能通過有效的測量手段來獲得上述參數時,最適合用pid控制技術。pid控制,實際中也有pi和pd控制。pid控制就是根據系統的誤差,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。

比例(p)控制

 

比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制的輸出與輸入誤差信號成比例關系。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差(steady-state error)。

 

積分(i)控制

 

在積分控制中,控制系統的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個注塑機控制系統,如果在進入穩態后存在穩態誤差,則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統(system with steady-state error)。為了消除穩態誤差,在注塑機壓力,速度,溫度控制中必須引入“積分項”。積分項對誤差取決于時間的積分,隨著時間的增加,積分項會增大。這樣,即便誤差很小,積分項也會隨著時間的增加而加大,它推動注塑機電腦的輸出增大使穩態誤差進一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(pi)控制,可以使注塑機系統在進入穩態后無穩態誤差。

 

微分(d)控制

 

在微分控制中,注塑機電腦中壓力,速度,溫度的信號輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關系。 注塑機電腦在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由于存在有較大慣性組件(環節)或有滯后(delay)組件,具有抑制誤差的作用,其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”,即在誤差接近零時,抑制誤差的作用就應該是零。

 

這就是說,在控制器中僅引入“比例”項往往是不夠的,比例項的作用僅是放大誤差的幅值,而目前需要增加的是“微分項”,它能預測誤差變化的趨勢,這樣,具有比例+微分的注塑機電腦,就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零,甚至為負值,從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯后的被控對象,比例+微分(pd)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

 

pid的參數整定是注塑機控制系統設計的核心內容。它是根據注塑過程的特性確定壓力,速度,溫度pid控制的比例系數、積分時間和微分時間的大小。pid控制參數整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計算整定法。它主要是依據注塑機動作系統的數學模型,經過理論計算確定控制參數。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用,還必須通過注塑機實際動作進行調整和修改。

 

二是注塑機動作過程整定方法,它主要依賴注塑機動作控制經驗,直接在注塑機運轉時進行壓力,速度及溫度調整,且方法簡單、易于掌握,在注塑機調試中被廣泛采用。pid控制參數的工程整定方法,主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。三種方法各有其特點,其共同點都是通過試驗,然后按照注塑機調試經驗對pid參數進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的pid參數,都需要在實際運行中進行最后調整與完善。

 

在注塑現場整定過程中,我們要保持pid參數按先比例,后積分,最后微分的順序進行,在觀察現場過程值pv的趨勢曲線的同時,慢慢的改變pid參數,進行反復湊試,直到控制質量符合要求為止。在對注塑機壓力,速度及溫度的具體整定中,我們通常先關閉積分項和微分項,即將ti設置為無窮大、td設置為零,使其成為純比例調節。

 

初期比例度按經驗數據設定,根據pv曲線,再慢慢的整定比例控制比例度,使系統達到4:1衰減振蕩的pv曲線,然后,再加積分作用。在加積分作用之前,應將比例度加大為原來的1.2倍左右。將積分時間ti由大到小的調整,真到系統再次得到4:1的衰減振蕩的pv曲線為止。若需引入微分作用,微分時間按td=(1/3~1/4) ti計算,這時可將比例度調到原來數值或更小一些,再將微分時間由小到大調整,直到pv曲線達到滿意為止。有一點需要注意的是:在湊試過程中,若要改變ti、td時,應保持 的比值不變。

 

在找到最佳整定參數之前,要對pv值曲線進行走勢分析,判斷擾動存在的變化大小,再慢慢的進行湊試。如果經過多次乃找不到最佳整定參數或參數無法達到理想狀態,而注塑生產工藝又必須要求較為準確,那就得考慮單回路pid控制的有效性,是否應該選用更復雜的pid控制。

 

值得注意的是:pid最佳整定參數確定后,并不能說明它永遠都是最佳的,當由外界擾動的發生根本性的改變時,比如說壓力比例閥調整清洗了,加熱圈更換了,其實若溫度要精密調節,不同是產品,不同的背壓,熱慣性都不同,都要進行調整!我們就必須重新根據需要再進行最佳參數的整定,它也是保證pid控制有效的重要環節。 當然實際注塑生產中只要一段時間進行一次檢定即可!

 

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