迭代学习控制方法在注塑机注射保压全过程中的应用

论文摘要

注塑成型是目前应用较广泛的塑料加工方法,而注塑机则是注塑成型的主要加工设备。自上个世纪三十年代问世以来,注塑机的组成结构和传动原理变化不大,但其控制技术却是在不断的更新和发展。因此,研究注塑机的控制问题对提高塑料制品质量,推动塑料工业的发展有重要意义。作为一个典型的间歇循环过程,注塑成型过程由注射、保压、塑化和冷却等阶段组成,其中注射阶段、速度压力（V/P）控制转换及保压阶段是决定制品质量最重要的部分。本论文正是针对上述过程,以宁波海天公司生产的型号为HTF58X2-B的注塑机为研究对象,提出注射保压全过程的迭代学习控制方案,并进行了实验验证。首先,论文从高分子塑料的力学状态、流变学特性及注塑机的结构组成、工作原理两方面入手,深入研究了注塑成型工艺过程,总结出注塑生产过程的多工序、时变性、非线性、不确定性等特性。然后,论述了迭代学习控制方法的历史、概念、研究内容以及研究进展。由于它不依赖于动态系统的精确数学模型,能以非常简单的方式处理不确定度相当高的动态系统,且仅需较少的先验知识和计算量,适应性强,易于实现,使得该算法非常适合于应用在注塑成型这种动态特性复杂的间歇性工业生产过程中。最后,论文就迭代学习控制算法在注塑过程中的实际应用进行了研究,并实验验证了其控制的有效性。针对注射及保压过程,文章研究了最优注射速度与保压压力曲线的设定,解决了由采样延迟引发的迭代学习控制的不稳定问题,确定了考虑延迟因素的开环P型迭代学习控制方案。在大量仿真及实验基础上,实现了注射速度和保压压力在有限时间区域内对期望轨迹的完全跟踪。针对V/P控制转换部分,讨论了现有的转换方式,根据自身实验条件,提出了采用模腔压力控制切换的方法,不仅提高了控制精度,而且保证了保压压力迭代学习控制的初始控制条件。综合上述研究,文章最终实现了注射-V/P控制转换-保压的全过程迭代学习控制方案,实验结果表明,该控制方案实现了速度压力控制过程的平滑切换,与常规PID控制相比,具有调节时间短,参数选取容易,动态跟踪性能好,稳态精度高等优点,对实际生产过程具有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 注塑机的发展历程及技术现状
• 1.3 迭代学习控制理论简介
• 1.4 迭代学习控制理论的应用现状
• 1.5 本文主要工作
• 第二章 注塑成型工艺基础
• 2.1 塑料的工艺特性
• 2.1.1 高分子塑料的结构组成
• 2.1.2 高分子塑料的三态
• 2.1.3 高分子塑料的流变学基础
• 2.2 注塑机的工作原理
• 2.2.1 注塑机的结构组成
• 2.2.2 注塑工艺周期与工作循环
• 2.3 注塑过程控制简介
• 2.4 本章小结
• 第三章 迭代学习控制
• 3.1 迭代学习控制概述
• 3.2 迭代学习控制问题的描述
• 3.3 迭代学习控制的研究内容
• 3.3.1 迭代学习控制算法的结构
• 3.3.2 迭代学习控制的稳定性和收敛性
• 3.3.3 迭代学习控制的鲁棒性
• 3.3.4 迭代学习控制的学习速度
• 3.4 本章小结
• 第四章 迭代学习控制在注塑机控制中的应用
• 4.1 实验系统简介
• 4.1.1 注塑机基本性能指标
• 4.1.2 注塑机中的液压系统
• 4.1.3 数据检测与采集系统
• 4.1.4 计算机控制系统
• 4.2 注塑机注射保压阶段的迭代学习控制
• 4.2.1 注射速度控制
• 4.2.1.1 最优注射速度曲线的设定
• 4.2.1.2 注射速度的迭代学习控制方案设计
• 4.2.1.3 控制结果及分析
• 4.2.2 保压压力控制
• 4.2.2.1 最优保压压力曲线的设定
• 4.2.2.2 保压压力的迭代学习控制方案设计
• 4.2.2.3 控制结果及分析
• 4.2.3 速度压力控制切换
• 4.2.4 注射保压全过程的ILC控制方案及结果分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢