陳凱　劉晨帆　任亞蘭

【摘 要】為了研究注塑機(jī)料筒大時(shí)滯、強(qiáng)耦合和非線性時(shí)變電磁感應(yīng)加熱溫度控制系統(tǒng)，文中利用參數(shù)辨識(shí)法建立了水冷式注塑機(jī)電磁感應(yīng)加熱裝置控制模型，分別建立了加熱過(guò)程以及冷卻過(guò)程的數(shù)學(xué)模型。

【關(guān)鍵詞】注塑機(jī)；電磁加熱；參數(shù)辨識(shí)

0 引言

傳統(tǒng)注塑機(jī)加熱采用電阻加熱方式，但是電阻加熱方式的熱效率低，僅僅為加熱功率的30%～40%。電磁感應(yīng)加熱以其升溫速度快、熱效率高、壽命長(zhǎng)、工作環(huán)境優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，但是注塑機(jī)電磁感應(yīng)加熱在帶來(lái)上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也存在著降溫速度慢、溫度控制精度低和調(diào)節(jié)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題，針對(duì)此問(wèn)題，2013年北京三博中自科技有限公司研制出了水冷式電磁感應(yīng)加熱裝置，它具有降溫迅速、控溫精確和調(diào)節(jié)時(shí)間短等特點(diǎn)。利用參數(shù)辨識(shí)法建立水冷式注塑機(jī)電磁感應(yīng)加熱裝置控制模型，分別建立加熱過(guò)程以及冷卻過(guò)程的數(shù)學(xué)模型正是本文需要解決的問(wèn)題。

1 加熱和冷卻數(shù)據(jù)的曲線擬合

1.1 加熱過(guò)程曲線擬合

通過(guò)參數(shù)辨識(shí)的方法分別建立水冷式注塑機(jī)電磁感應(yīng)加熱裝置在加熱以及冷卻過(guò)程中的控制模型。然后分別對(duì)20%P，30%P，40%P，50%P，60%P，70%P，80%P，90%P以及P時(shí)進(jìn)行加熱過(guò)程曲線擬合，最終擬合曲線如圖1所示。

1.2 冷卻過(guò)程曲線擬合

加熱功率在80%P時(shí)，然后分別在流量u=8.3L·min-1，11.4L·min-1，13.0L·min-1，15.2L·min-1的情況下進(jìn)行曲線的擬合，最終擬合曲線如2所示。

2 水冷式電磁感應(yīng)加熱裝置數(shù)學(xué)模型的參數(shù)辨識(shí)

2.1 加熱模型建立

根據(jù)擬合的曲線，建立溫度T隨加熱功率P變化的數(shù)學(xué)模型。

式中：P為加熱功率；k為比例系數(shù)；T為加熱溫度；t為時(shí)間。

經(jīng)拉普拉斯變換得：

加入時(shí)間延遲環(huán)節(jié)，得到最終加熱階段的數(shù)學(xué)模型為：

通過(guò)計(jì)算，最終對(duì)其求平均得到？子=142，K=13.74。

得到加熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模型為

2.2 冷卻模型的建立

根據(jù)擬合的曲線，建立溫度T隨冷卻水流量u變化的數(shù)學(xué)模型。

H（s）= = （6）

式中： u（s）為復(fù)數(shù)域內(nèi)的冷卻水流量；k為一階慣性環(huán)節(jié)系數(shù)；？子為時(shí)間系數(shù)。

最終得到：

然后利用Matlab軟件編程，對(duì)當(dāng)加熱功率為80%P，冷卻水流量u分別為8.3L·min-1，11.4L·min-1，13.0L·min-1，15.2L·min-1時(shí)的降溫模型參數(shù)進(jìn)行求解，最終求得： =1350， =9.5。

所以降溫曲線模型為：

H（s）= （12）

3 結(jié)論

本文分別對(duì)加熱階段以及冷卻階段進(jìn)行曲線擬合，然后根據(jù)擬合的曲線，利用參數(shù)辨識(shí)法建立水冷式注塑機(jī)電磁感應(yīng)加熱裝置控制模型，分別建立加熱過(guò)程以及冷卻過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，為以后的研究提供了理論依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]陳芳芳，赫東鋒，張君安.注塑機(jī)電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)在線參數(shù)辨識(shí)研究[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2015（5）：90-92.

[3]李科，王永驥，吳浩.基于參數(shù)辨識(shí)的仿人智能PID電加熱爐溫度控制[C].中國(guó)過(guò)程控制會(huì)議，2006：493-496.

[責(zé)任編輯：田吉捷]