一种注塑机全闭环自适应控制方法与流程

本发明涉及注塑机控制技术领域，尤其涉及一种注塑机全闭环自适应控制方法。

背景技术：

注塑过程控制一般控制压力和注射速度两个物理量。传统的注塑机控制系统局部闭环控制模式包含两个部分：注塑机控制器和伺服系统。其中，注塑机控制器是根据加工工艺设定压力和注射速度值，工作在开环模式；然后，注塑机控制器通过模拟量或数字量通信方式把给定的压力和注射速度指令发送到伺服系统。伺服系统接收注塑机控制器的指令，然后，根据实际工况实时切换压力和注射速度跟随控制。伺服系统的跟随控制是闭环模式，即当控制压力时，伺服系统实时采集压力反馈值与给定信号对比，进行误差控制。当要控制注射速度时，则采集电机的转速，把电机转速跟注射速度做等量映射，根据电机的反馈速度计算出当前注射速度，再与给定注射速度值比较，把误差作为控制器的调节输入进行控制，达到反馈值跟随设定值的目的。

从上述现有的注塑过程控制模式可以得出以下的不足：

1）注塑机控制器作为整个系统的“大脑”，指令信号（压力和注射速度）是单方向发送到伺服系统，而伺服系统没有反馈实时测量值，即注塑机控制器工作在开环模式。注塑机控制器只是按照一定的加工工艺把设定值（压力和注射速度）发送到伺服系统，具体伺服系统执行情况如何并不知道，不能进行实施修正，保证过程变量的控制是严格按照给定的工艺来执行；

2）注塑机控制器通过两条线，分别把压力信号和注射速度信号单独发送到伺服系统。信号线的插拔增加了系统的不稳定性，同时，信号在传输过程容易受到干扰。因此，信号线越少越好，尽量采用一条信号线分时传输不同的信号；

3）压力和注射速度信号同时传送到伺服系统，但某一时刻，伺服系统只能控制一个变量，要么是压力，要么是注射速度。因此，需要操作人员在伺服系统中根据经验，设定压力和注射速度的切换时间，进行单信号控制。这种依赖经验的信号切换方法不但对操作人员的经验要求高，而且并不能获得较好的控制性能；

4）注塑机控制器给定的注射速度信号，伺服系统一旦接收到后，马上与电机的速度进行等量映射变换，把注射速度的控制变为电机速度的控制。这种间接控制方法存在映射误差，而且电机的速度不能完全反应注射速度的大小，只是个大概的控制方案，在要求注射速度高精度控制的场合，这种方法并不适用。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能实时调整控制策略，保证控制精度的一种注塑机全闭环自适应控制方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种注塑机全闭环自适应控制方法，包括压力控制模式和注射速度控制模式，

所述压力控制模式包括：

根据预设的压力设定值，注塑机控制器输出一个对应的控制信号到电机驱动器，使电机带动执行机构产生压力；

实时对注塑过程进行压力的采集，得到压力反馈值并反馈至注塑机控制器；

根据压力反馈值和压力设定值，调整输出的控制信号，使得注塑过程输出的压力信号逼近输入的压力设定值，并返回执行上一步骤；

所述注射速度控制模式包括：

根据预设的注射速度设定值，注塑机控制器输出一个对应的控制信号到电机驱动器，使电机带动执行机构运动；

实时对注塑过程进行注射速度的采集；得到注射速度反馈值并反馈至注塑机控制器；

根据注射速度反馈值和注射速度设定值，调整输出的控制信号，使得注塑过程输出的注射速度信号逼近输入的注射速度设定值，并返回执行上一步骤。

作为所述的一种注塑机全闭环自适应控制方法的进一步改进，所述的根据压力反馈值和压力设定值，调整输出的控制信号，使得注塑过程输出的压力信号不断地逼近输入的压力设定值，这一步骤具体包括：

根据压力反馈值和压力设定值，计算出注塑过程的压力传递函数F(p)；

将压力反馈值与压力设定值的差作为压力传递函数的输入，得出电压输入值的调整值；

根据电压输入值的调整值调整输出至电机驱动器的控制信号，使得注塑过程输出的压力信号逼近输入的压力设定值。

作为所述的一种注塑机全闭环自适应控制方法的进一步改进，所述的根据注射速度反馈值和注射速度设定值，调整输出的控制信号，使得注塑过程输出的注射速度信号不断地逼近输入的注射速度设定值，这一步骤具体包括：

根据注射速度反馈值和注射速度设定值，计算出注塑过程的速度传递函数F(v)；

将注射速度反馈值与注射速度设定值的差作为速度传递函数的输入，得出电压输入值的调整值；

根据电压输入值的调整值调整输出至电机驱动器的控制信号，使得注塑过程输出的注射速度信号逼近输入的注射速度设定值。

作为所述的一种注塑机全闭环自适应控制方法的进一步改进，还包括有切换控制模式，所述切换控制模式包括时间切换模式和位移切换模式。

作为所述的一种注塑机全闭环自适应控制方法的进一步改进，所述时间切换模式，且具体为：

实时检测压力控制模式和注射速度控制模式的运行时间，按照预设的时间比例对压力控制模式和注射速度控制模式进行切换。

作为所述的一种注塑机全闭环自适应控制方法的进一步改进，所述位移切换模式，其具体为：

实时检测压力控制模式和注射速度控制模式运行时电机的角位移，按照预设的运行角度比例关系对压力控制模式和注射速度控制模式进行切换。

作为所述的一种注塑机全闭环自适应控制方法的进一步改进，还包括有额定工作模式，其具体为：

当伺服电机工作在额定功率范围时，电机为恒转矩调速，根据压力电压映射函数或注射速度电压映射函数得出压力设定值或注射速度设定值对应的电压输入值，进而调整输出至电机驱动器的控制信号。

作为所述的一种注塑机全闭环自适应控制方法的进一步改进，还包括有保护模式，其具体包括：

当压力反馈值或注射速度反馈值超出预设的控制范围，则在半个压力/注射速度控制周期内，调整压力或注射速度的电压输入值，直到压力反馈值或注射速度反馈值恢复到预设的控制范围内。

本发明的有益效果是：

本发明一种注塑机全闭环自适应控制方法通过压力控制模式和注射速度控制模式使注塑过程控制器能直接实时获取过程状态变量，针对被控量实时调整控制策略，保证控制精度。而且本发明中注塑控制器与电机驱动系统只要一根信号线连接，能有效提高注塑系统的可靠性，降低硬件成本。进一步，本发明注塑过程的各个模式能通过切换控制模式进行自适应切换，能减少对操作人员的经验要求，提高机器的可操作性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种注塑机全闭环自适应控制方法中压力控制模式的步骤流程图；

图2是本发明一种注塑机全闭环自适应控制方法中注射速度控制模式的步骤流程图；

图3是本发明一种注塑机全闭环自适应控制方法中压力调整的步骤流程图；

图4是本发明一种注塑机全闭环自适应控制方法中注射速度调整的步骤流程图。

具体实施方式

参考图1～图4，本发明一种注塑机全闭环自适应控制方法，包括压力控制模式和注射速度控制模式，本实施例中，注塑机控制器采用闭环控制模式，即压力反馈值以及注射速度反馈值反馈到注塑机控制器，驱动系统采用开环模式，即没有任何反馈信号。

所述压力控制模式包括：

根据预设的压力设定值，注塑机控制器输出一个对应的控制信号到电机驱动器，使电机带动执行机构产生压力；

实时对注塑过程进行压力的采集，得到压力反馈值并反馈至注塑机控制器；

根据压力反馈值和压力设定值，调整输出的控制信号，使得注塑过程输出的压力信号逼近输入的压力设定值，并返回执行上一步骤；

所述注射速度控制模式包括：

根据预设的注射速度设定值，注塑机控制器输出一个对应的控制信号到电机驱动器，使电机带动执行机构运动；

实时对注塑过程进行注射速度的采集；得到注射速度反馈值并反馈至注塑机控制器；

根据注射速度反馈值和注射速度设定值，调整输出的控制信号，使得注塑过程输出的注射速度信号逼近输入的注射速度设定值，并返回执行上一步骤。

进一步作为优选的实施方式，所述的根据压力反馈值和压力设定值，调整输出的控制信号，使得注塑过程输出的压力信号不断地逼近输入的压力设定值，这一步骤具体包括：

根据压力反馈值和压力设定值，计算出注塑过程的压力传递函数F(p)；

将压力反馈值与压力设定值的差作为压力传递函数的输入，得出电压输入值的调整值；

根据电压输入值的调整值调整输出至电机驱动器的控制信号，使得注塑过程输出的压力信号逼近输入的压力设定值。

其中，所述压力传递函数F(p)=p/u；p为压力反馈值，u为电压输入值。

所述注塑机控制器开环输出一个电压输入值u到电机驱动器，电机驱动器带动电机产生对应转矩，带动泵旋转抽油，产生一定的压力，经过压力传感器测量出压力反馈值P，则可计算出F(p)。

进一步作为优选的实施方式，所述的根据注射速度反馈值和注射速度设定值，调整输出的控制信号，使得注塑过程输出的注射速度信号不断地逼近输入的注射速度设定值，这一步骤具体包括：

根据注射速度反馈值和注射速度设定值，计算出注塑过程的速度传递函数F(v)；

将注射速度反馈值与注射速度设定值的差作为速度传递函数的输入，得出电压输入值的调整值；

根据电压输入值的调整值调整输出至电机驱动器的控制信号，使得注塑过程输出的注射速度信号逼近输入的注射速度设定值。

其中，所述速度传递函数F(v)=v/u； v为注射速度反馈值，u为电压输入值。

所述注塑机控制器开环输出一个电压输入值u到电机驱动器，电机驱动器带动电机产生对应转矩，带动泵旋转抽油，液压油推动座台移动，产生一定的速度，经过电子尺测量出某段时间的位移，再对位移进行差分，得到注射速度反馈值v，则可计算出F(v)。

进一步作为优选的实施方式，还包括有切换控制模式，所述切换控制模式包括时间切换模式和位移切换模式。

优选的，本实施例中，所述切换控制模式中模式的选择标准是根据工件的尺寸，工件最长尺寸小于5cm采用时间切换模式，反之则采用位移切换模式。

进一步作为优选的实施方式，所述时间切换模式，且具体为：

实时检测压力控制模式和注射速度控制模式的运行时间，按照预设的时间比例对压力控制模式和注射速度控制模式进行切换。

进一步作为优选的实施方式，所述位移切换模式，其具体为：

实时检测压力控制模式和注射速度控制模式运行时电机的角位移，按照预设的运行角度比例关系对压力控制模式和注射速度控制模式进行切换。

进一步作为优选的实施方式，还包括有额定工作模式，其具体为：

当伺服电机工作在额定功率范围时，电机为恒转矩调速，根据压力电压映射函数或注射速度电压映射函数得出压力设定值或注射速度设定值对应的电压输入值，进而调整输出至电机驱动器的控制信号。

优选的，当处于额定工作模式时，电机的转矩和速度按比例增大，反之亦然，则可以把压力信号和注射速度信号统一映射为电机的电压输入值。

所述压力电压映射函数的计算方法为：

根据注塑过程的压力范围，把电机驱动器的输入信号范围（如0-10v模拟量），按等分分别给定电压输入值（如1v,2v…10v），采集对应的压力反馈值，然后拟合这些对应的输入输出信号，则可得出压力电压映射函数，进而可以把压力的控制转换成电机输入电压的控制。

所述注射速度电压映射函数的计算方法为：

根据注塑过程的运动速度范围，把电机的运行速度范围映射到0-10v模拟量；然后，按等分分别给定电压信号（如1v,2v…10v），采集对应的注射速度反馈值，然后拟合这些对应的输入输出信号，则可得出注射速度对应电压的映射函数，进而可以把注注射速度的控制转换成电机输入电压的控制。

进一步作为优选的实施方式，还包括有保护模式，其具体包括：

当压力反馈值或注射速度反馈值超出预设的控制范围，则在半个压力/注射速度控制周期内，调整压力或注射速度的电压输入值，直到压力反馈值或注射速度反馈值恢复到预设的控制范围内。

当压力反馈值或注射速度反馈值处在预设的控制范围内，则按上述的控制模式进行控制。

这样本发明能在不影响注射速度或压力的控制，又能实时监控压力活注射速度的状态，保证注塑过程的控制精度。

而且本发明实施例中只有一条信号线连接注塑机控制器和驱动系统，而且这条信号线不区分压力信号（P）和注射速度(F)信号，统一为电压(V)（或电流）模拟信号或者数字信号，能有效简化控制算法。

根据上述的变换模式和控制策略，则伺服电机不需要电机控制器，只需要电机驱动器。因此，区别于现有技术中伺服系统局部闭环控制模式，把传统的电机伺服系统改成驱动系统即可满足要求，不需要传感器采集电机的状态反馈值以及跟随控制器，减少硬件成本

本实施例中，注塑机控制器设定压力值9bar，采样注塑机全局闭环控制模式，把注塑过程压力直接反馈到注塑机控制器，根据设定值计算出跟随误差，调节控制器输出，并转换成电机的力矩信号，可以实现以下高性能效果：

1）跟随过程没有超调；

2）系统输出快速跟随响应，压力的输出值在80ms左右就跟随设定值；

3）系统输出一旦跟随输入后，稳态误差很小，而且没有震荡现象出现；

4）系统输出在100ms后到达设定值，并且在之后的200ms没有收到外界的干扰，体现出控制方案的强鲁棒性。

从上述内容可知，本发明一种注塑机全闭环自适应控制方法通过压力控制模式和注射速度控制模式使注塑过程控制器能直接实时获取过程状态变量，针对被控量实时调整控制策略，保证控制精度。而且本发明中注塑控制器与电机驱动系统只要一根信号线连接，能有效提高注塑系统的可靠性，降低硬件成本。进一步，本发明注塑过程的各个模式能通过切换控制模式进行自适应切换，能减少对操作人员的经验要求，提高机器的可操作性。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。