高速電液伺服注塑機精密注塑控制策略分析

孫吉

（浙江臺意德塑機制造有限公司，浙江 舟山 316000）

注塑機屬于一種高度集成的液、機、電一體化設(shè)備，而國外相關(guān)注塑機通常選擇微機進行控制，實施精密注塑，從而形成具有較高附加值的產(chǎn)品。我國同樣屬于塑料制品消費和生產(chǎn)大國，但對于精密制品以及高檔注塑機等方面卻存在較大進口量，在現(xiàn)代發(fā)展背景下，行業(yè)對于塑料產(chǎn)品相關(guān)質(zhì)量要求逐漸提升。

1 高速電液伺服注塑機組成結(jié)構(gòu)

1.1 高速電液伺服注塑機結(jié)構(gòu)組成

注塑機通常涵蓋控制系統(tǒng)、動力機構(gòu)、注射裝置以及鎖模裝置等部分構(gòu)成。其中，鎖模裝置擁有啟閉功能，可以對生產(chǎn)效率產(chǎn)生直接影響，為此其相關(guān)性能要求是鎖模力方便控制、低噪聲以及高速度等特點，包括安全門、頂出裝置、鎖模機構(gòu)、拉桿、定模板以及動模板等部分構(gòu)成。塑化注射裝置具體功能是能夠促進塑料實現(xiàn)均勻塑化，同時，在緊縮模腔內(nèi)部順利注射熔融物，涵蓋螺桿、預塑油馬達、射臺油缸、注射油缸、加熱圈以及料筒等。保證注射裝置良好注射性能，可以進行準確計量，提供相應(yīng)的注射速度以及注射壓力。結(jié)合注塑特征，預塑螺桿相關(guān)驅(qū)動方式包括液壓馬達驅(qū)動以及電機驅(qū)動等形式構(gòu)成，電機按照恒定功率有序轉(zhuǎn)動，液壓馬達能夠進一步轉(zhuǎn)化成恒轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，促進實現(xiàn)螺桿的無級調(diào)速和過載有效保護等目標。動力機構(gòu)經(jīng)過數(shù)次的改進和發(fā)展，當下已經(jīng)步入電液傳動時代，而注塑機通常是液壓轉(zhuǎn)動的技術(shù)形式，能夠進一步分成電液伺服注塑裝置以及電液比例控制條件下的注塑裝置。此外，形成了各種新式注塑機，包括氣動式注塑機等。

微機控制技術(shù)以及電液技術(shù)的有效融合，推動了注塑機的進一步發(fā)展，結(jié)合微機內(nèi)豐富資源，針對整個注塑過程實施閉環(huán)控制，除了某些卡關(guān)控制工作外，還可以針對計量速度、保壓壓力、注射速度以及料筒溫度等參數(shù)進行合理控制，選擇閉環(huán)該控制方式，搭配液晶顯示器，能夠?qū)ο嚓P(guān)圖形、參數(shù)進行在線修改，具備故障報警、自主診斷和參數(shù)記憶等功能。融入微機控制室后，注塑機相關(guān)制品綜合質(zhì)量得到明顯提升，同時，成型過程也實現(xiàn)了自動化、高效化和高速化目標，程序控制可靠、準確、成型周期相對較短。人機界面以及系統(tǒng)所具備的自動儲存模具資料相關(guān)功能，整體操作較為方便、直觀。

1.2 高速電液伺服注塑機的注塑過程

注塑操作屬于不斷循環(huán)的過程，而注塑操作通常涵蓋開合模、保壓、注射、預塑以及提取制品等環(huán)節(jié)。在開始注射前，將模板實施合模升壓處理。而正是開始注射工作后，通過注射機構(gòu)帶動螺桿快速向前，螺桿頂部相關(guān)塑料熔融物質(zhì)基于螺桿作用影響下通過模具澆口、流道以及噴嘴等環(huán)節(jié)順利流入模腔內(nèi)部，在注射過程中，通過熔融物將模腔內(nèi)部充滿，而螺桿注射速度是對制品相關(guān)質(zhì)量產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因素，會影響制品光學性能以及尺寸精度等參數(shù)。所以，在螺桿注射過程中，相關(guān)注射速度是其中的主要控制對象。如果注射速度相對較慢，容易使沖模壓力降低，出現(xiàn)制品不均勻現(xiàn)象。假如注射速度過高，還會導致熔體出現(xiàn)流動不穩(wěn)的問題，嚴重情況下，還會出現(xiàn)飛邊和脹模的問題。完成注射后，為了避免熔體倒流以及收縮冷卻中所形成的內(nèi)料不足問題，應(yīng)該按照某種壓力把熔融物推進模腔內(nèi)，該過程屬于保壓階段。

2 高速電液伺服注塑機精密注塑相關(guān)控制措施

2.1 提升控制精度

對于相關(guān)注塑產(chǎn)品快速成型、循環(huán)往復以及重復精度較差等特征，在預測迭代學習控制相關(guān)理論基礎(chǔ)上，提出針對注塑形成過程中的保壓壓力以及期望注射位置進行全面快速跟蹤，提升整體控制精度，這也是以預測迭代學習控制為基礎(chǔ)的注塑機控制策略。因為注塑成型屬于某種不斷循環(huán)操作的過程，其中的保壓以及注射兩種環(huán)節(jié)具有重要作用。往復精度控制同樣也是精密化注塑中的關(guān)鍵指標，在確?？刂凭然A(chǔ)上，應(yīng)該采取有效措施，實現(xiàn)快速控制目標，同時，要求相關(guān)控制算法應(yīng)該具備良好的強魯棒性，能夠針對運行軌跡進行快速反應(yīng)跟蹤。某些常規(guī)性控制算法能夠滿足穩(wěn)態(tài)條件下沒有靜差、操作速度快的基礎(chǔ)目標，但是，卻無法保障注塑成型整過程中沒有靜差軌跡跟蹤。某些自適應(yīng)相關(guān)控制策略，包括模型跟蹤為基礎(chǔ)的自適應(yīng)控制應(yīng)用，盡管在性能指標優(yōu)化等方面取得明顯成功，但因為自適應(yīng)控制相關(guān)策略較為復雜，整體反應(yīng)速度較慢，無法滿足伺服系統(tǒng)在快速控制方面的操作要求。結(jié)合上述特征，可以利用預測迭代學習控制策略，針對注塑機中的保壓軌跡以及注射軌跡進行全面跟蹤，能夠進一步降低壓力軌跡和期望位置之間的跟蹤偏差，符合快速伺服控制條件，同時，還能夠促進批量生產(chǎn)產(chǎn)品重復精度的有效提升。

2.2 降低壓力抖動影響

在兩種閉環(huán)控制器實施切換過程中，會產(chǎn)生某種壓力抖動，從而影響最終制品，為此應(yīng)該加強注塑機操作中的無抖動切換控制，促進兩種操作過程的順滑切換，有效消除壓力抖動在制品生產(chǎn)方面的影響，同樣也屬于無抖動切換控制控制策略。注塑機中的保壓以及注射屬于兩種連續(xù)控制過程，而在注射壓力以及注射過程進行切換過程中，控制目標逐漸從螺桿位置轉(zhuǎn)移到注射壓力方面，閉環(huán)系統(tǒng)也從最開始位置切換轉(zhuǎn)化為壓力系統(tǒng)。因為閉環(huán)系統(tǒng)的差異，導致在切換操作中不可避免產(chǎn)生壓力抖動現(xiàn)象，同時，精密注塑過程中，壓力控制工作能夠影響制品精密度和質(zhì)量，通過融入無抖動形式的切換控制裝置，能夠促進壓力以及注射兩種控制過程之間的順滑切換，同時，降低壓力抖動問題對產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量的不利影響。最終實驗仿真結(jié)果證明，無抖動式的切換控制器能夠進一步降低切換操作中壓力抖動問題。

2.3 預塑控制

在注塑機操作中，容易因為計量工作不穩(wěn)定而出現(xiàn)產(chǎn)品重量缺陷，為此需要針對預塑過程實施全面擾動分析，并借助干擾觀測裝置實施預塑控制，屬于注塑機的一種控制方式。注射保壓相關(guān)任務(wù)結(jié)束后，便順利進入注塑環(huán)節(jié)中，而預塑過程通常是用來對充模相關(guān)塑料進行均勻熔化的。螺桿轉(zhuǎn)速能夠在料筒中對塑料粒子整個塑化過程進行合理控制。通過提升螺桿轉(zhuǎn)速同樣能夠提升其塑化水平，但假如轉(zhuǎn)速過高，還會導致料筒內(nèi)相關(guān)塑料的完全分解。在現(xiàn)實生產(chǎn)操作中，因為溫度變化差異，使系統(tǒng)出現(xiàn)摩擦問題，形成負載力矩波動，螺桿轉(zhuǎn)速同樣會形成某種波動，導致塑化不均，最終對批量生產(chǎn)出來的產(chǎn)品精度產(chǎn)生不良影響。但選擇利用干擾觀測裝置，針對控制過程進行過程干擾分析，同時，結(jié)合實際狀況，合理進行補償操作，能夠在給定轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)穩(wěn)定控制目標。與常規(guī)控制方法相比，以干擾觀測裝置為基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)速控制能夠?qū)^程干擾形成有效補償，優(yōu)化整體塑化效果和塑化質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，在現(xiàn)代化背景下，注塑機的精密注塑逐漸成為行業(yè)重點關(guān)注內(nèi)容，為此需要針對高速電液伺服注塑機采取有效的控制策略，結(jié)合注塑機操作特征和運行要求，提升產(chǎn)品注塑質(zhì)量。