本發(fā)明涉及注塑機控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法。

背景技術(shù)：

注塑過程控制一般控制壓力和注射速度兩個物理量。傳統(tǒng)的注塑機控制系統(tǒng)局部閉環(huán)控制模式包含兩個部分：注塑機控制器和伺服系統(tǒng)。其中，注塑機控制器是根據(jù)加工工藝設(shè)定壓力和注射速度值，工作在開環(huán)模式；然后，注塑機控制器通過模擬量或數(shù)字量通信方式把給定的壓力和注射速度指令發(fā)送到伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)接收注塑機控制器的指令，然后，根據(jù)實際工況實時切換壓力和注射速度跟隨控制。伺服系統(tǒng)的跟隨控制是閉環(huán)模式，即當控制壓力時，伺服系統(tǒng)實時采集壓力反饋值與給定信號對比，進行誤差控制。當要控制注射速度時，則采集電機的轉(zhuǎn)速，把電機轉(zhuǎn)速跟注射速度做等量映射，根據(jù)電機的反饋速度計算出當前注射速度，再與給定注射速度值比較，把誤差作為控制器的調(diào)節(jié)輸入進行控制，達到反饋值跟隨設(shè)定值的目的。

從上述現(xiàn)有的注塑過程控制模式可以得出以下的不足：

1）注塑機控制器作為整個系統(tǒng)的“大腦”，指令信號（壓力和注射速度）是單方向發(fā)送到伺服系統(tǒng)，而伺服系統(tǒng)沒有反饋實時測量值，即注塑機控制器工作在開環(huán)模式。注塑機控制器只是按照一定的加工工藝把設(shè)定值（壓力和注射速度）發(fā)送到伺服系統(tǒng)，具體伺服系統(tǒng)執(zhí)行情況如何并不知道，不能進行實施修正，保證過程變量的控制是嚴格按照給定的工藝來執(zhí)行；

2）注塑機控制器通過兩條線，分別把壓力信號和注射速度信號單獨發(fā)送到伺服系統(tǒng)。信號線的插拔增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，同時，信號在傳輸過程容易受到干擾。因此，信號線越少越好，盡量采用一條信號線分時傳輸不同的信號；

3）壓力和注射速度信號同時傳送到伺服系統(tǒng)，但某一時刻，伺服系統(tǒng)只能控制一個變量，要么是壓力，要么是注射速度。因此，需要操作人員在伺服系統(tǒng)中根據(jù)經(jīng)驗，設(shè)定壓力和注射速度的切換時間，進行單信號控制。這種依賴經(jīng)驗的信號切換方法不但對操作人員的經(jīng)驗要求高，而且并不能獲得較好的控制性能；

4）注塑機控制器給定的注射速度信號，伺服系統(tǒng)一旦接收到后，馬上與電機的速度進行等量映射變換，把注射速度的控制變?yōu)殡姍C速度的控制。這種間接控制方法存在映射誤差，而且電機的速度不能完全反應(yīng)注射速度的大小，只是個大概的控制方案，在要求注射速度高精度控制的場合，這種方法并不適用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種能實時調(diào)整控制策略，保證控制精度的一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法。

本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法，包括壓力控制模式和注射速度控制模式，

所述壓力控制模式包括：

根據(jù)預(yù)設(shè)的壓力設(shè)定值，注塑機控制器輸出一個對應(yīng)的控制信號到電機驅(qū)動器，使電機帶動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生壓力；

實時對注塑過程進行壓力的采集，得到壓力反饋值并反饋至注塑機控制器；

根據(jù)壓力反饋值和壓力設(shè)定值，調(diào)整輸出的控制信號，使得注塑過程輸出的壓力信號逼近輸入的壓力設(shè)定值，并返回執(zhí)行上一步驟；

所述注射速度控制模式包括：

根據(jù)預(yù)設(shè)的注射速度設(shè)定值，注塑機控制器輸出一個對應(yīng)的控制信號到電機驅(qū)動器，使電機帶動執(zhí)行機構(gòu)運動；

實時對注塑過程進行注射速度的采集；得到注射速度反饋值并反饋至注塑機控制器；

根據(jù)注射速度反饋值和注射速度設(shè)定值，調(diào)整輸出的控制信號，使得注塑過程輸出的注射速度信號逼近輸入的注射速度設(shè)定值，并返回執(zhí)行上一步驟。

作為所述的一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法的進一步改進，所述的根據(jù)壓力反饋值和壓力設(shè)定值，調(diào)整輸出的控制信號，使得注塑過程輸出的壓力信號不斷地逼近輸入的壓力設(shè)定值，這一步驟具體包括：

根據(jù)壓力反饋值和壓力設(shè)定值，計算出注塑過程的壓力傳遞函數(shù)F(p)；

將壓力反饋值與壓力設(shè)定值的差作為壓力傳遞函數(shù)的輸入，得出電壓輸入值的調(diào)整值；

根據(jù)電壓輸入值的調(diào)整值調(diào)整輸出至電機驅(qū)動器的控制信號，使得注塑過程輸出的壓力信號逼近輸入的壓力設(shè)定值。

作為所述的一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法的進一步改進，所述的根據(jù)注射速度反饋值和注射速度設(shè)定值，調(diào)整輸出的控制信號，使得注塑過程輸出的注射速度信號不斷地逼近輸入的注射速度設(shè)定值，這一步驟具體包括：

根據(jù)注射速度反饋值和注射速度設(shè)定值，計算出注塑過程的速度傳遞函數(shù)F(v)；

將注射速度反饋值與注射速度設(shè)定值的差作為速度傳遞函數(shù)的輸入，得出電壓輸入值的調(diào)整值；

根據(jù)電壓輸入值的調(diào)整值調(diào)整輸出至電機驅(qū)動器的控制信號，使得注塑過程輸出的注射速度信號逼近輸入的注射速度設(shè)定值。

作為所述的一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法的進一步改進，還包括有切換控制模式，所述切換控制模式包括時間切換模式和位移切換模式。

作為所述的一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法的進一步改進，所述時間切換模式，且具體為：

實時檢測壓力控制模式和注射速度控制模式的運行時間，按照預(yù)設(shè)的時間比例對壓力控制模式和注射速度控制模式進行切換。

作為所述的一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法的進一步改進，所述位移切換模式，其具體為：

實時檢測壓力控制模式和注射速度控制模式運行時電機的角位移，按照預(yù)設(shè)的運行角度比例關(guān)系對壓力控制模式和注射速度控制模式進行切換。

作為所述的一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法的進一步改進，還包括有額定工作模式，其具體為：

當伺服電機工作在額定功率范圍時，電機為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，根據(jù)壓力電壓映射函數(shù)或注射速度電壓映射函數(shù)得出壓力設(shè)定值或注射速度設(shè)定值對應(yīng)的電壓輸入值，進而調(diào)整輸出至電機驅(qū)動器的控制信號。

作為所述的一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法的進一步改進，還包括有保護模式，其具體包括：

當壓力反饋值或注射速度反饋值超出預(yù)設(shè)的控制范圍，則在半個壓力/注射速度控制周期內(nèi)，調(diào)整壓力或注射速度的電壓輸入值，直到壓力反饋值或注射速度反饋值恢復(fù)到預(yù)設(shè)的控制范圍內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法通過壓力控制模式和注射速度控制模式使注塑過程控制器能直接實時獲取過程狀態(tài)變量，針對被控量實時調(diào)整控制策略，保證控制精度。而且本發(fā)明中注塑控制器與電機驅(qū)動系統(tǒng)只要一根信號線連接，能有效提高注塑系統(tǒng)的可靠性，降低硬件成本。進一步，本發(fā)明注塑過程的各個模式能通過切換控制模式進行自適應(yīng)切換，能減少對操作人員的經(jīng)驗要求，提高機器的可操作性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明：

圖1是本發(fā)明一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法中壓力控制模式的步驟流程圖；

圖2是本發(fā)明一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法中注射速度控制模式的步驟流程圖；

圖3是本發(fā)明一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法中壓力調(diào)整的步驟流程圖；

圖4是本發(fā)明一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法中注射速度調(diào)整的步驟流程圖。

具體實施方式

參考圖1～圖4，本發(fā)明一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法，包括壓力控制模式和注射速度控制模式，本實施例中，注塑機控制器采用閉環(huán)控制模式，即壓力反饋值以及注射速度反饋值反饋到注塑機控制器，驅(qū)動系統(tǒng)采用開環(huán)模式，即沒有任何反饋信號。

所述壓力控制模式包括：

根據(jù)預(yù)設(shè)的壓力設(shè)定值，注塑機控制器輸出一個對應(yīng)的控制信號到電機驅(qū)動器，使電機帶動執(zhí)行機構(gòu)產(chǎn)生壓力；

實時對注塑過程進行壓力的采集，得到壓力反饋值并反饋至注塑機控制器；

根據(jù)壓力反饋值和壓力設(shè)定值，調(diào)整輸出的控制信號，使得注塑過程輸出的壓力信號逼近輸入的壓力設(shè)定值，并返回執(zhí)行上一步驟；

所述注射速度控制模式包括：

根據(jù)預(yù)設(shè)的注射速度設(shè)定值，注塑機控制器輸出一個對應(yīng)的控制信號到電機驅(qū)動器，使電機帶動執(zhí)行機構(gòu)運動；

實時對注塑過程進行注射速度的采集；得到注射速度反饋值并反饋至注塑機控制器；

根據(jù)注射速度反饋值和注射速度設(shè)定值，調(diào)整輸出的控制信號，使得注塑過程輸出的注射速度信號逼近輸入的注射速度設(shè)定值，并返回執(zhí)行上一步驟。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的根據(jù)壓力反饋值和壓力設(shè)定值，調(diào)整輸出的控制信號，使得注塑過程輸出的壓力信號不斷地逼近輸入的壓力設(shè)定值，這一步驟具體包括：

根據(jù)壓力反饋值和壓力設(shè)定值，計算出注塑過程的壓力傳遞函數(shù)F(p)；

將壓力反饋值與壓力設(shè)定值的差作為壓力傳遞函數(shù)的輸入，得出電壓輸入值的調(diào)整值；

根據(jù)電壓輸入值的調(diào)整值調(diào)整輸出至電機驅(qū)動器的控制信號，使得注塑過程輸出的壓力信號逼近輸入的壓力設(shè)定值。

其中，所述壓力傳遞函數(shù)F(p)=p/u；p為壓力反饋值，u為電壓輸入值。

所述注塑機控制器開環(huán)輸出一個電壓輸入值u到電機驅(qū)動器，電機驅(qū)動器帶動電機產(chǎn)生對應(yīng)轉(zhuǎn)矩，帶動泵旋轉(zhuǎn)抽油，產(chǎn)生一定的壓力，經(jīng)過壓力傳感器測量出壓力反饋值P，則可計算出F(p)。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述的根據(jù)注射速度反饋值和注射速度設(shè)定值，調(diào)整輸出的控制信號，使得注塑過程輸出的注射速度信號不斷地逼近輸入的注射速度設(shè)定值，這一步驟具體包括：

根據(jù)注射速度反饋值和注射速度設(shè)定值，計算出注塑過程的速度傳遞函數(shù)F(v)；

將注射速度反饋值與注射速度設(shè)定值的差作為速度傳遞函數(shù)的輸入，得出電壓輸入值的調(diào)整值；

根據(jù)電壓輸入值的調(diào)整值調(diào)整輸出至電機驅(qū)動器的控制信號，使得注塑過程輸出的注射速度信號逼近輸入的注射速度設(shè)定值。

其中，所述速度傳遞函數(shù)F(v)=v/u； v為注射速度反饋值，u為電壓輸入值。

所述注塑機控制器開環(huán)輸出一個電壓輸入值u到電機驅(qū)動器，電機驅(qū)動器帶動電機產(chǎn)生對應(yīng)轉(zhuǎn)矩，帶動泵旋轉(zhuǎn)抽油，液壓油推動座臺移動，產(chǎn)生一定的速度，經(jīng)過電子尺測量出某段時間的位移，再對位移進行差分，得到注射速度反饋值v，則可計算出F(v)。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，還包括有切換控制模式，所述切換控制模式包括時間切換模式和位移切換模式。

優(yōu)選的，本實施例中，所述切換控制模式中模式的選擇標準是根據(jù)工件的尺寸，工件最長尺寸小于5cm采用時間切換模式，反之則采用位移切換模式。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述時間切換模式，且具體為：

實時檢測壓力控制模式和注射速度控制模式的運行時間，按照預(yù)設(shè)的時間比例對壓力控制模式和注射速度控制模式進行切換。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，所述位移切換模式，其具體為：

實時檢測壓力控制模式和注射速度控制模式運行時電機的角位移，按照預(yù)設(shè)的運行角度比例關(guān)系對壓力控制模式和注射速度控制模式進行切換。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，還包括有額定工作模式，其具體為：

當伺服電機工作在額定功率范圍時，電機為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，根據(jù)壓力電壓映射函數(shù)或注射速度電壓映射函數(shù)得出壓力設(shè)定值或注射速度設(shè)定值對應(yīng)的電壓輸入值，進而調(diào)整輸出至電機驅(qū)動器的控制信號。

優(yōu)選的，當處于額定工作模式時，電機的轉(zhuǎn)矩和速度按比例增大，反之亦然，則可以把壓力信號和注射速度信號統(tǒng)一映射為電機的電壓輸入值。

所述壓力電壓映射函數(shù)的計算方法為：

根據(jù)注塑過程的壓力范圍，把電機驅(qū)動器的輸入信號范圍（如0-10v模擬量），按等分分別給定電壓輸入值（如1v,2v…10v），采集對應(yīng)的壓力反饋值，然后擬合這些對應(yīng)的輸入輸出信號，則可得出壓力電壓映射函數(shù)，進而可以把壓力的控制轉(zhuǎn)換成電機輸入電壓的控制。

所述注射速度電壓映射函數(shù)的計算方法為：

根據(jù)注塑過程的運動速度范圍，把電機的運行速度范圍映射到0-10v模擬量；然后，按等分分別給定電壓信號（如1v,2v…10v），采集對應(yīng)的注射速度反饋值，然后擬合這些對應(yīng)的輸入輸出信號，則可得出注射速度對應(yīng)電壓的映射函數(shù)，進而可以把注注射速度的控制轉(zhuǎn)換成電機輸入電壓的控制。

進一步作為優(yōu)選的實施方式，還包括有保護模式，其具體包括：

當壓力反饋值或注射速度反饋值超出預(yù)設(shè)的控制范圍，則在半個壓力/注射速度控制周期內(nèi)，調(diào)整壓力或注射速度的電壓輸入值，直到壓力反饋值或注射速度反饋值恢復(fù)到預(yù)設(shè)的控制范圍內(nèi)。

當壓力反饋值或注射速度反饋值處在預(yù)設(shè)的控制范圍內(nèi)，則按上述的控制模式進行控制。

這樣本發(fā)明能在不影響注射速度或壓力的控制，又能實時監(jiān)控壓力活注射速度的狀態(tài)，保證注塑過程的控制精度。

而且本發(fā)明實施例中只有一條信號線連接注塑機控制器和驅(qū)動系統(tǒng)，而且這條信號線不區(qū)分壓力信號（P）和注射速度(F)信號，統(tǒng)一為電壓(V)（或電流）模擬信號或者數(shù)字信號，能有效簡化控制算法。

根據(jù)上述的變換模式和控制策略，則伺服電機不需要電機控制器，只需要電機驅(qū)動器。因此，區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)中伺服系統(tǒng)局部閉環(huán)控制模式，把傳統(tǒng)的電機伺服系統(tǒng)改成驅(qū)動系統(tǒng)即可滿足要求，不需要傳感器采集電機的狀態(tài)反饋值以及跟隨控制器，減少硬件成本

本實施例中，注塑機控制器設(shè)定壓力值9bar，采樣注塑機全局閉環(huán)控制模式，把注塑過程壓力直接反饋到注塑機控制器，根據(jù)設(shè)定值計算出跟隨誤差，調(diào)節(jié)控制器輸出，并轉(zhuǎn)換成電機的力矩信號，可以實現(xiàn)以下高性能效果：

1）跟隨過程沒有超調(diào)；

2）系統(tǒng)輸出快速跟隨響應(yīng)，壓力的輸出值在80ms左右就跟隨設(shè)定值；

3）系統(tǒng)輸出一旦跟隨輸入后，穩(wěn)態(tài)誤差很小，而且沒有震蕩現(xiàn)象出現(xiàn)；

4）系統(tǒng)輸出在100ms后到達設(shè)定值，并且在之后的200ms沒有收到外界的干擾，體現(xiàn)出控制方案的強魯棒性。

從上述內(nèi)容可知，本發(fā)明一種注塑機全閉環(huán)自適應(yīng)控制方法通過壓力控制模式和注射速度控制模式使注塑過程控制器能直接實時獲取過程狀態(tài)變量，針對被控量實時調(diào)整控制策略，保證控制精度。而且本發(fā)明中注塑控制器與電機驅(qū)動系統(tǒng)只要一根信號線連接，能有效提高注塑系統(tǒng)的可靠性，降低硬件成本。進一步，本發(fā)明注塑過程的各個模式能通過切換控制模式進行自適應(yīng)切換，能減少對操作人員的經(jīng)驗要求，提高機器的可操作性。

以上是對本發(fā)明的較佳實施進行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做作出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。