專利名稱：一種基于模糊控制的塑料擠出裝置溫度控制專用pid方法
技術領域：
本發明涉及工業控制領域中溫度控制過程中應用功能研究，在借鑒傳統PID控 制，引進模糊規則的算法和實現方式，通過對塑料擠出機加熱和水冷卻過程模糊規則的調 用，有效控制冷卻過程中的水汽化冷卻產生的非線性作用效果，使整個主機溫度控制達到 擠出溫度的要求，穩定塑料擠出量，提高產品質量。
背景技術：
工業控制領域中溫度控制應用的場合很多，通常說來過程中溫度控制主要包括加 熱裝置、冷卻裝置、檢測裝置、控制單元和控制對象等，如
圖1所示閉環溫度控制原理示意 圖，首先檢測裝置檢測控制對象的實際溫度，控制單元比較控制對象的實際溫度和設定溫 度的差值，通過PID或模糊等理論計算需要輸出的加熱或制冷功率大小，由加熱裝置或冷 卻裝置動作在控制對象上，在圖1構成的閉環控制回路上實現如圖2所示的溫度控制過程。塑料擠出機是異型擠出生產和鋁塑復合管生產的關鍵設備，塑料擠出主要是利用 塑料的可塑性，使塑料在機筒內通過加熱和螺桿的作用，經過破碎、融熔、塑化、排氣、壓實 過程，最后成型、冷卻定型。按照物料的不同反應，塑料擠出過程分為三個階段塑化階段、 成型階段、定型階段。螺桿擠出機是塑料成型加工最主要的設備之一，它通過外部動力傳遞 和外部加熱元件的傳熱進行塑料的固體輸送、壓實、熔融、剪切混煉擠出成型，螺桿的旋轉 產生剪切力使塑料破碎；螺桿的轉動產生推動力使破碎的塑料連續前進并因此產生擠出壓 力。從螺桿的分類來說，分為單螺桿擠出機和雙螺桿擠出機，其中應用最多的是雙螺桿擠出 機，圖3所示為雙螺桿擠出機，包括料斗、機筒、螺桿、機頭、和模具。料斗底部裝有截斷裝置，以便調整和切斷料流，料斗的側面裝有視孔和標定計量 裝置。機筒是一金屬圓筒，一般用耐熱、耐壓強度較高、堅固耐磨、耐腐蝕的合金鋼或內襯合 金鋼的復合鋼管制成。機筒與螺桿配合，實現對塑料的粉碎、軟化、熔融、塑化、排氣和壓實， 并向成型系統連續均勻輸送膠料。螺桿是擠塑機的最主要部件，它直接關系到擠塑機的應 用范圍和生產率，由高強度耐腐蝕的合金鋼制成。機頭由合金鋼內套和碳素鋼外套構成，機 頭內裝有成型模具，機頭的作用是將旋轉運動的塑料熔體轉變為平行直線運動，均勻平穩 的導入模具中，并賦予塑料以必要的成型壓力。PID控制問世至今已有60多年的歷史，采用PID (比例-積分-微分)控制設計的 溫度控制器可以消除慣性溫度誤差，PID控制是根據系統的誤差利用比例-積分-微分計 算出控制量，由于傳統的PID控制算法，其運算簡單、調整方便、魯棒性強，得到非常廣泛的 應用。為了求取PID控制過程中的比例參數P、積分參數D、微分參數I，在控制過程中通過 給定加熱或制冷控制，根據溫度的變化，求取系統設定溫度時的PID控制過程參數，圖4所 示PID控制原理。采用微處理器設計的溫度控制器，需要采用數字PID算法，根據PID基本控制公式 如下
權利要求
1.一種基于模糊控制的塑料擠出裝置溫度控制專用PID方法，其特征在于，該方法包括在借鑒傳統PID控制，引進模糊規則的算法和實現方式，包括參數模糊化、模糊規則推 理、參數解模糊、PID控制器等幾個重要組成部分。根據參考輸入和反饋信號，計算實際溫 度和理論溫度之間的偏差以及當前的偏差變化速度，在模糊推理器中借助模糊經驗進行模 糊推理，模糊推理器輸出PID控制器的比例系數、積分系數和微分系數，把它們作為當前控 制器的參考進行PID控制。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于外部系統狀態信息的輸入，由模糊控制器 對這些信息進行預處理，轉換成模糊隸屬函數的形式；模糊輸入再經過規則估值，得到模糊 輸出，即規則強度，最后規則強度和隸屬函數通過精確化的過程，給出精確的輸出。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于模糊化借助于輸入模糊集合的隸屬函數 轉變輸入值為隸屬度，即模糊化是根據模糊集合轉變輸入值為隸屬度值的過程。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于針對塑料擠出冷卻過程中的水汽化冷卻 產生的非線性作用設計不同溫度范圍的隸屬度，根據模糊規則前提條件中的語言變量把輸 入值進行轉變，每個隸屬度；值均與特定模糊集合相關。
全文摘要
本發明提供一種基于模糊控制的塑料擠出裝置溫度控制專用PID方法，在借鑒傳統PID控制，引進模糊規則的算法和實現方式，包括參數模糊化、模糊規則推理、參數解模糊、PID控制器等幾個重要組成部分。根據參考輸入和反饋信號，計算實際溫度和理論溫度之間的偏差以及當前的偏差變化速度，在模糊推理器中借助模糊經驗進行模糊推理，模糊化借助于輸入模糊集合的隸屬函數轉變輸入值為隸屬度，模糊推理器輸出PID控制器的比例系數、積分系數和微分系數，把它們作為當前控制器的參考進行PID控制。通過對塑料擠出機加熱和水冷卻過程模糊規則的調用，可以有效控制冷卻過程中的水汽化冷卻產生的非線性作用效果，使整個主機溫度控制達到擠出溫度的要求，穩定塑料擠出量，提高產品質量。
文檔編號G05B11/42GK102129221SQ20101003414
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月15日 優先權日2010年1月15日
發明者劉巖, 周建波, 孫磊, 王秉鑒, 鮑治坤 申請人:丹納赫西特傳感工業控制(天津)有限公司