基于九点控制器的塑料挤出机温度控制系统

智能阀门定位器

第15卷 第1期 洛阳工业高等专科学校学报 Vol.15 No.1 2005年3月 Journal of Luoyang Technology College Mar. 2005

基于九点控制器的塑料挤出机温度控制系统

李 浩1，上官同英2

（1.华中科技大学 机械科学与工程学院，湖北 武汉430074；2.中州大学, 河南郑州450052)

摘 要：九点控制器是一种新型的智能控制器，对相当广泛的被控对象具有适应性，鲁棒性强，在稳定控制、延时滞后控制方面具有很好的控制效果。并具有控制算法简单、易于工程实现的优点；以PLC作为温度控制系统的核心，采用九点控制器的控制策略，设计了塑料挤出机的温度控制系统。实际应用表明，该系统调试简单、稳定可靠，能有效的减少超调、提高稳态精度。

关键词：九点控制器；可编程序控制器；温度控制；智能控制

中图分类号：TM762 文献标识码：A 文章编号：1008-8814(2005)01-0004-03

引 言

目前，国内的塑料挤出机生产厂家大都是采用简单的温控仪表和温控电路进行控制，这种单回路的温度控制存在精度差、超调量大等缺点，很难满足生产高质量塑料制品的要求。九点控制器是一种新型智能控制器，是根据偏差与偏差变化率将实际运行状况抽象成九个工况点，从而给出相应的控制策略进行有效控制的，其基本思想是控制器根据控制系统的实际运行模式特征，不断地改变或调整控制决策，以便使控制器本身的控制规律适应于控制系统的需要，获得良好的响应性能。由于这种控制器产生的控制作用只取决于被控对象的运行工况，因而对相当广泛的被控对象具有适应性

[1][2]

则偏差 e

=r(t) c(t)，偏差变化率e=(ei ei 1)/t

.

，

t为采样周期，i和i 1分别为本次采样时刻和上次采样时刻，设 ±e0为系统允许偏差(误差限，其中e0为误差 e0为误差下限，±e0为系统允许偏差变化率上限， )

e0为误差变化率上限， e0为误差变化率下限，限内(

称为零带) 。

系统的运行特性表征为系统偏差及偏差变化率的大小。根据响应曲线的模式特征，将系统偏差及偏差变化率的大小各自分类为3种情况。这样的组合变化就有9种情况，每种情况都代表系统的一种运动模式，称之为工况。控制器根据工况的不同采用相应的控制策略。工况的确定和相应的控制策略如表1所示。控制器根据这些由偏差、偏差变化率的组合而形成的9种工况采取相应的控制策略，及时向控制对象进行能量补充和消耗，从而达到控制目的和跟踪性能要求。而每一时刻仅对应一种控制策略，因为系统的偏差及其偏差变化实时变化，控制器根据偏差和偏差变化所确定的工况，不断在9 种控制策略中来回切换，直至系统被控制在预定的运行模式下。

表1 控制策略

偏差变化率

偏差e≥e0/e/﹤e0 e≤- e0

è≥è

.

..

。由于不

同的工况点对应不同控制策略，因此又具有变结构非线性控制的特点，控制算法简单，易于工程应用的实现。可编程控制器PLC（Progammable Logic Controller）是专为在工业环境下的应用而设计的工业控制器，具有抗干扰能力强，使用方便，体积小，易于安装维护等优点。并且外围电路极少，且能够实现对采样参数的数字滤波。因此，以PLC作为温度控制系统的核心，采用九点控制器的控制策略，设计了塑料挤出机的温度控制系统。

[3]

1

九点控制器原理

九点控制器是依据偏差和偏差变化率来调整控制器输出[4]，其组成如图1 所示。

/è/﹤è

è≤-è

强加（K4+）微加（K1+）弱减（K2-）

稍加（K3+）保持（K0）稍减（K3-）

弱加（K2+）微减（K1-）强减（K4-）

图1 九点控制器原理图

其中 r(t)定为系统给定输入，c(t)为其输出响应，

用工况来表示系统的运动运行模式，在确定控制策略之

智能阀门定位器

第1期 李 浩等 基于九点控制器的塑料挤出机温度控制系统 5前，必须明确各个工况的划分。也就是说，必须确定偏差和偏差变化率零带的上下限，这2个基本参数将被称之为2 用±e0和±e表示。而对应于9个工况的控个边界条件,0制策略用 Ki(i=1,2,3,4; 1, 2, 3, 4;0)来表示。控制器的控制效果取决于这2个边界条件和9个控制参数的大小，因此分析这些参数的作用区域以及对系统动静态响应的影响将是九点控制器具有良好性能的关键。图2是九点控制器响应曲线示意图，是分析控制策略的基础。

.

控制系统，温度传感器(热电偶)检测到的机筒和机头温度信号送给温度模块(模拟量输入模块)，PLC从温度模块中读取温度值 PV与设定温度SP进行比较，得到偏差 e(t)=SP PV。对象的扰动主要有：各分区间按照工艺要求所设定温度值的差异相互干扰，螺杆旋转和物料摩擦产生热量，物料带走的热量等。在偏差 e(t)和偏差变化率e存在时，按照九点控制器控制策略，求得相应的控制量 u去控制固态继态器的通断时间以调节电加热器的加热功率和冷却风机的冷

却时间，从而实现对料筒和机头温度的控制。

以机筒的温度控制为例，系统工作分为九个工况，其工作过程及参数 Ki的取值规律如下：

e)系统工作于工况一，偏差（e）为负且偏差变化率(为负(偏差继续减小)，系统需要很大的反向作用力阻止系统响应上升，因此 K4 应取很大的值，即冷却风机在给定周期内导通时间最大进行强制冷却。

e)系统工作于工况二，偏差（e）为负且偏差变化率(处于偏差变化率零带，系统需要较大的反向作用力使系统响应趋向期望值，因此 K

3

.

.

2 基于九点控制器的塑料挤出机温度控制

2.1 系统硬件组成

系统硬件设计采用西门子S7-300系列可编程序控制器，主要模块配置为：中央处理单元(CPU)选用CPU-314，带有一个MPI接口，可以连接编程器、PC机、操作面板；数字量输出模块选用SM322，DO8 230Ｖ AC Relay；模拟量输入模板选用SM331，AI8 12Bit；参数可通过模板上的量程模块和用STEP7硬件组态设定，通道按两路一组划分，每次只能给一组通道设定参数，输入的热电偶可以是类型N、E、J、K、L，也可以通过STEP7硬件组态设定，温度补偿可以用内部补偿，也可用外部补偿，外部补偿比内部补偿更精确。本系统中温度传感器选用Ｋ型热电偶，其测温范围适中，线性度较好，相应的模板量程模块上的位置置于“Ａ”，温度补偿方式采用内部补偿。输出控制电路是通过固态继电器(SSR)调功方式完成的，对于机筒部分，还装有冷却风机。只要在给定周期内改变固态继电器的通电的占空比，就能达到改变加热功率的目的，从而实现温度调节。硬件配置如图3

所示。

.

应取较大的值，即冷却风机在

给定周期内导通时间很大，冷却功率较大。

e)系统工作于工况三，偏差（e）为负且偏差变化率(为正，系统需要较大的反向作用力使系统响应趋向期望值，因此 K …… 此处隐藏：2527字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……