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注塑件機器壓力、速度、溫度之PID參數(shù)原理
在注塑件機中,應用最為廣泛的控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡稱PID控制。當注塑件機壓力,速度及溫度實際參數(shù)不能完全可靠掌握,或得不到精確的數(shù)學模型,控制理論的其它技術難以采用時,參數(shù)必須依靠經驗和現(xiàn)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件時實際的壓力,速度,溫度﹐或不能通過有效的測量手段來獲得上述參數(shù)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(tǒng)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(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差(Steady-state error)。 積分(I)控制 在積分控制中,控制系統(tǒng)的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。對一個注塑件機控制系統(tǒng),如果在進入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差,則稱這個控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡稱有差系統(tǒng)(System with Steady-state Error)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差,在注塑件機壓力,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,它推動注塑件機電腦的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小,直到等于零。因此,比例+積分(PI)控制,可以使注塑件機系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差?! ∥⒎郑―)控制 在微分控制中,注塑件機電腦中壓力,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。 注塑件機電腦在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件(環(huán)節(jié))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+微分的注塑件機電腦,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(tǒng)在調節(jié)過程中的動態(tài)特性。 PID的參數(shù)整定是注塑件機控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是根據注塑件過程的特性確定壓力,速度,溫度PID控制的比例系數(shù)、積分時間和微分時間的大小。PID控制參數(shù)整定的方法很多,概括起來有兩大類:一是理論計算整定法。它主要是依據注塑件機動作系統(tǒng)的數(shù)學模型,經過理論計算確定控制參數(shù)。這種方法所得到的計算數(shù)據未必可以直接用,還必須通過注塑件機實際動作進行調整和修改。二是注塑件機動作過程整定方法,它主要依賴注塑件機動作控制經驗,直接在注塑件機運轉時進行壓力,速度及溫度調整,且方法簡單、易于掌握,在注塑件機調試中被廣泛采用。PID控制參數(shù)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,然后按照注塑件機調試經驗對PID參數(shù)進行整定。但無論采用哪一種方法所得到的PID參數(shù),都需要在實際運行中進行最后調整與完善。在注塑件現(xiàn)場整定過程中,我們要保持PID參數(shù)按先比例,后積分,最后微分的順序進行,在觀察現(xiàn)場過程值PV的趨勢曲線的同時,慢慢的改變PID參數(shù),進行反復湊試,直到控制質量符合要求為止。在對注塑件機壓力,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(jié)。初期比例度按經驗數(shù)據設定,根據PV曲線,再慢慢的整定比例控制比例度,使系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)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(shù)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(shù)或參數(shù)無法達到理想狀態(tài),而注塑件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(shù)確定后,并不能說明它永遠都是最佳的,當由外界擾動的發(fā)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(jié),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(shù)的整定,它也是保證PID控制有效的重要環(huán)節(jié)。 當然實際注塑件生產中只要一段時間進行一次檢定即可! 上海瑞雪塑膠科技有限公司
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