注塑机压力、速度之PID参数原理

随风随行

在注塑机中，应用最为广泛的控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制。当注塑机压力，速度及温度实际参数不能完全可靠掌握，或得不到精确的数学模型，控制理论的其它技术难以采用时，参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解注塑时实际的压力，速度，温度，或不能通过有效的测量手段来获得上述参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
3 P0 ~" t/ u; P$ e- ]比例（P）控制
% g3 H! _6 c/ c, I$ w比例控制是一种最简单的控制方式。其控制的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
- O3 f/ ]# o' y5 Q0 Y) \积分（I）控制
在积分控制中，控制系统的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个注塑机控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在注塑机压力，速度，温度控制中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动注塑机电脑的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制，可以使注塑机系统在进入稳态后无稳态误差。
微分（D）控制
, ?; M8 c0 @( p" j6 O- r- k' r在微分控制中，注塑机电脑中压力，速度，温度的信号输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 注塑机电脑在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的注塑机电脑，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。
PID的参数整定是注塑机控制系统设计的核心内容。它是根据注塑过程的特性确定压力，速度，温度PID控制的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制参数整定的方法很多，概括起来有两大类：一是理论计算整定法。它主要是依据注塑机动作系统的数学模型，经过理论计算确定控制参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过注塑机实际动作进行调整和修改。二是注塑机动作过程整定方法，它主要依赖注塑机动作控制经验，直接在注塑机运转时进行压力，速度及温度调整，且方法简单、易于掌握，在注塑机调试中被广泛采用。PID控制参数的工程整定方法，主要有临界比例法、反应曲线法和衰减法。三种方法各有其特点，其共同点都是通过试验，然后按照注塑机调试经验对PID参数进行整定。但无论采用哪一种方法所得到的PID参数，都需要在实际运行中进行最后调整与完善。在注塑现场整定过程中，我们要保持PID参数按先比例，后积分，最后微分的顺序进行，在观察现场过程值PV的趋势曲线的同时，慢慢的改变PID参数，进行反复凑试，直到控制质量符合要求为止。在对注塑机压力，速度及温度的具体整定中，我们通常先关闭积分项和微分项，即将TI设置为无穷大、TD设置为零，使其成为纯比例调节。初期比例度按经验数据设定，根据PV曲线，再慢慢的整定比例控制比例度，使系统达到4：1衰减振荡的PV曲线，然后，再加积分作用。在加积分作用之前，应将比例度加大为原来的1.2倍左右。将积分时间TI由大到小的调整，真到系统再次得到4：1的衰减振荡的PV曲线为止。若需引入微分作用，微分时间按TD=(1/3~1/4) TI计算，这时可将比例度调到原来数值或更小一些，再将微分时间由小到大调整，直到PV曲线达到满意为止。有一点需要注意的是：在凑试过程中，若要改变TI、TD时，应保持 的比值不变。
6 {: p' Q- r2 T# w) ]在找到最佳整定参数之前，要对PV值曲线进行走势分析，判断扰动存在的变化大小，再慢慢的进行凑试。如果经过多次乃找不到最佳整定参数或参数无法达到理想状态，而注塑生产工艺又必须要求较为准确，那就得考虑单回路PID控制的有效性，是否应该选用更复杂的PID控制。
值得注意的是：PID最佳整定参数确定后，并不能说明它永远都是最佳的，当由外界扰动的发生根本性的改变时，比如说压力比例阀调整清洗了，加热圈更换了，其实若温度要精密调节，不同是产品，不同的背压，热惯性都不同，都要进行调整！我们就必须重新根据需要再进行最佳参数的整定，它也是保证PID控制有效的重要环节。 当然实际注塑生产中只要一段时间进行一次检定即可！
( _1 Y) N3 z  v  J文章关键词： 注塑机、系统设计