立式注塑機(jī)是典型的機(jī)、電、液一體化自動控制系統(tǒng)，由于注射成型能一次成型形狀復(fù)雜的塑料制品，因此具有適應(yīng)性強(qiáng)、效率高、后處理少等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、工業(yè)、電子等領(lǐng)域。注射成型是利用柱塞螺桿或螺旋螺桿將料筒內(nèi)預(yù)均勻塑化的熱塑性或熱固性塑料在程序控制下高速推入封閉的模具型腔，然后經(jīng)過保壓、冷卻等工序成型后注塑制品。其控制系統(tǒng)的性能直接影響注塑產(chǎn)品的質(zhì)量，要求控制器具有良好的控制性能和高度的自動化程度。

一、料筒溫度特性

研究料筒溫度特性有助于建立合適、準(zhǔn)確、實(shí)用的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，采用階躍響應(yīng)法分別對三級機(jī)筒進(jìn)行加熱。系統(tǒng)的時間常數(shù)很大，且各段不同，分段和不同的加熱功率表現(xiàn)出不同的非線性特性。因此，筒體溫度特性是一個非線性、大慣性、相鄰段間強(qiáng)耦合的多變量系統(tǒng)。

二、料筒溫度控制策略

1、PID控制

采用數(shù)字控制時，PID控制律具有較好的控制性能，算法比較簡單，內(nèi)存需求較小，適合單片機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用。微處理器的控制信號的輸出時間較短，當(dāng)輸出較大時，如果短時間內(nèi)不能達(dá)到所需的開度，輸出就會失真。此時可以采用不完全微分PID控制策略，使微分環(huán)節(jié)仍然長期工作，可以獲得較好的控制效果。

2、Bang-Bang控制開關(guān)控制（Bang-Bang控制）是時域上的控制器，其狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過渡時間短，可以實(shí)現(xiàn)時間控制，但開關(guān)控制很難給予足夠的控制精度。

3、立式注塑機(jī)料筒溫度的控制要求精度高、速度快，控制策略應(yīng)采用Bang-Bang控制和線性控制（如PID控制）組合時間優(yōu)化控制方法。即當(dāng)偏差或偏差的變化量大于某一設(shè)定值時，采用Bang-Bang控制來提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，使系統(tǒng)能在短時間內(nèi)克服較大的擾動；當(dāng)誤差小于或等于設(shè)定值時，采用PID控制消除殘余誤差，提高控制精度。

三、控制策略軟件設(shè)計

1、動態(tài)特性仿真當(dāng)加熱溫度設(shè)定為階躍信號輸入時，在MATLAB中對兩種控制策略進(jìn)行仿真，得到Bang-Bang控制結(jié)合PID控制策略具有更快的響應(yīng)速度。

2、系統(tǒng)采樣周期為6s，當(dāng)溫度誤差小于8℃時，積分環(huán)節(jié)投入運(yùn)行。當(dāng)溫度分別設(shè)定為180℃和150℃時，對立式注塑機(jī)料筒三段溫度控制進(jìn)行測試，對于一定的設(shè)定值，在其相應(yīng)PID參數(shù)的控制下，系統(tǒng)可以獲得較好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能；當(dāng)設(shè)定值變化較大時，其PID參數(shù)也應(yīng)隨之變化，否則控制效果較差。對于非線性較強(qiáng)的料筒加熱系統(tǒng)，其控制性能存在很大的不一致性，其PID參數(shù)會隨著工作點(diǎn)的變化而變化。從測試結(jié)果可以看出，當(dāng)控制器的PID參數(shù)固定時，當(dāng)設(shè)定值在溶膠溫度范圍內(nèi)變化時，控制效果會發(fā)生變化，但總體控制性能可靠。

以上是料筒溫度系統(tǒng)的控制，控制系統(tǒng)的關(guān)鍵和難點(diǎn)在于多段料筒溫度監(jiān)測的準(zhǔn)確性和速度，能直接反映了立式注塑機(jī)控制系統(tǒng)的性能。料筒溫度常采用PID控制和模糊變參數(shù)PID控制，模糊變參數(shù)PID控制控制精度高、速度快，但軟硬件成本高。