基于EtherCAT总线的多通道注塑机温度控制仿真与实验研究
注塑机是塑料机械工业的重要组成部分，对国民经济有重要的影响。我国注塑机在智能控制、注塑精度、工业集成等方面，广泛采用集中式控制，具有系统可靠性差、软硬件拓展灵活性差、数据传输速率慢等缺陷，与国外的注塑机相比仍有较大不足。本文设计注塑机分布式料筒温度控制系统，从减少升温时间和提高温度控制精度两个方面确定料筒温度控制方案。具体内容如下： （1）分析温控系统的需求分析并设计温控系统的总体方案。完成硬件选型和配置，包括倍福CX2020嵌入式控制器、从站接口模块、温度采集模块、PWM输出模块等。分析分布式控制总线的特点，选用EtherCAT现场总线作为温控系统的通讯协议和环形网络拓扑结构。设计EtherCAT分布式时钟保持TwinCAT、系统主站以及各个从站的高同步性。 （2）设计单段料筒升温实验，构建温控系统的数学模型，采用两点法对温控系统的数学模型进行参数整定。分析注塑机料筒热能产生与耗散的因素，总结温度控制特性，为温度控制的算法设计和仿真分析做准备。 （3）设计基于Pontryagin最小值理论的料筒升温时间最优实验，分析料筒升温时间和系统约束的关系，得到关于料筒加热器功率切换的公式，确定注塑机料筒最短升温时间的控制方案。针对模糊控制器基本论域不可改变的缺点，设计因子可变的模糊控制器适应系统变化。 （4）设计温控系统软件部分，通过Matlab与TwinCAT3混合编程，Matlab进行算法计算，TwinCAT3进行多通道实时处理。设计PID、模糊PID、基于Smith前反馈的模糊PID算法，在Matlab/Simulink中进行仿真对比和稳定性分析。基于九点控制法设计改进型Smith前馈补偿器提高温度控制精度。设计基于温差的模糊解耦控制减少料筒内部的热量耦合并进行仿真分析。 （5）设计上位机界面，在TwinCAT3PLCHML中设计上位机界面，便于工作人员查看温控系统的状态。最后，实验结果表明温度超调量在1%以内，温控精度在±1℃以内，系统稳定性良好。
多通道注塑机;温度控制;模糊解耦控制;Smith-FuzzyPID算法;EtherCAT总线
北京化工大学
硕士
机械工程
董力群;何松柏
2022
中文
TQ320.52
2022-11-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）