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第一章注塑机控制系统概述1

第一节 塑料工业的历史回顾和未来发展展望1

一、历史的回顾和现状1

（一）注塑机的技术水平及发展趋势1

目 录1

（二）精密注塑技术水平及发展趋势2

（三）电动注塑机的技术水平及发展趋势4

二、未来的发展展望8

第二节 国内外注塑机控制系统简介9

第三节 注塑机的工作过程11

一、注塑机结构及原理12

二、注塑机主要动作12

一、注射量15

（一）注射容积15

第二章注塑成型基本参数及注塑机组成15

第一节 注射部分主要性能参数15

（二）注射质量16

二、注射压力17

三、注射速率19

四、注射功及注射功率20

五、塑化能力与回复率20

（一）螺杆塑化能力计算20

第二节 合模力性能参数22

（二）回复率22

第三节 注塑工艺程序控制流程24

一、注塑机的组成24

（一）注塑机液压油路系统24

（二）合模系统29

（三）注射系统、射台移动系统30

（四）电气控制系统31

（一）注塑工艺38

二、注塑工艺周期与工作循环38

（五）冷却系统38

（六）安全保护与监测系统38

（二）注射充模过程41

三、精密注塑机的特点42

（一）技术参数方面的特点42

（二）精密注塑机在控制方面的特点43

（三）精密注塑机的液压系统44

（四）精密注塑机结构特点44

（五）注塑参数的检测与调节45

第三章 自动控制系统基础46

第一节 名词术语及其定义46

第二节 闭环控制和开环控制47

第三节 控制系统的结构和设计原则50

一、控制系统的基本结构50

（一）对控制系统的一般要求51

（二）控制系统设计中的基本问题51

二、控制系统的设计原则51

（三）分析52

（四）设计52

（五）综合52

（六）控制系统设计的基本方法52

三、控制系统性能指标描述53

（一）随动控制系统性能指标53

（二）定值控制系统的性能指标53

（三）控制系统的描述54

第四节 自动控制系统的传递函数及性能指标55

一、系统开环传递函数56

二、r(t)输入作用下系统的闭环传递函数56

三、n(t)干扰作用下系统的闭环传递函数56

四、系统的总输出56

五、闭环系统的误差传递函数56

（一）r(t)作用下系统的误差传递函数57

（二）n(t)作用下系统的误差传递函数57

（三）系统的总误差57

七、二阶系统的瞬态响应性能指标58

六、降低系统稳态误差的方法58

八、高阶系统的瞬态响应分析59

第五节 采样控制系统59

一、信号的采样与保持59

二、离散系统的差分方程60

三、z变换61

四、脉冲传递函数62

五、离散系统的分析62

第六节 数字PID控制算法63

六、离散系统的综合设计63

一、二阶连续模拟PID调节器64

（一）比例调节器64

（二）比例积分调节器65

（三）比例积分微分调节器65

二、数字PID控制算法66

三、离散PID控制算法67

（一）“饱和”作用的抑制69

四、对标准PID算法的改进69

（二）干扰的抑制72

（三）其他修改算法74

（四）PID调节器参数选择75

（五）凑试法确定PID调节参数76

（六）实验经验法确定PID调节参数77

（七）采样周期的选择78

第七节 完全微分型和不完全微分型的PID控制算法比较80

一、完全微分型算式80

二、不完全微分型算式81

三、两类算式的比较83

四、编制控制算式子程序框图的几点说明84

（一）抗积分饱和与限幅84

（二）减少计算次数84

（三）防止积分极限环的产生84

（四）存储数据85

一、电动机控制部分86

第四章注塑机控制系统86

第一节 注塑机电控系统组成86

二、注塑机动作顺序控制部分87

三、注塑机螺杆筒温度控制部分88

第二节 液压油温度智能自适应控制91

第三节 射胶液压闭环控制及p-V-T控制93

第四节 注塑机可编程控制器的原理与设计102

一、PLC的组成及原理103

二、PLC的选用和程序设计103

三、PLC的维修与故障排除105

四、PLC的安装与保养106

第五节 可编程控制器注塑机电控装置实例107

第六节 计算机在注塑机上的应用116

一、微机控制器118

（一）组成及原理118

（二）微机控制器的设计119

（三）维修与故障排除121

（四）安装与保养122

二、微机控制系统与PLC比较123

第七节 自动调校锁模参数123

一、锁模力测量124

二、自动调校锁模参数的获得125

三、自动调校锁模程序设计125

第五章注塑机常用检测传感器和放大电路128

第一节 热电偶温度计128

一、热电效应及热电偶128

二、热电偶在测温中的设备误差及其补偿133

三、接触式测温误差分析136

四、接触式测温的使用范围139

五、常用的标准型热电偶139

六、标准型热电偶的分度表141

第二节 传感器信号环流变送放大器AD693集成电路应用142

第三节 轴转角数字编码器原理147

一、绝对式编码器147

二、增量式编码器148

三、光学编码器转动方向检测原理149

四、编码器电路151

五、光学轴编码器电路应用152

第四节 光栅电子尺155

一、特点及分类155

二、光栅的应用156

第五节 感应同步器157

一、特点及分类157

二、感应同步器的几种用法158

三、感应同步器的误差及技术指标159

第六节 直流测速发电机159

一、工作原理及分类159

二、直流测速发电机的应用160

三、直流测速机的技术数据161

第七节 光电数字检测器161

一、光电管门限电路162

二、光电数字转速检测器163

第八节 磁电式转速计164

第六章注塑机变频技术166

第一节 注塑机变频的优点167

第二节 注塑机变频节能原理168

一、注塑机液压系统及其组成168

二、变频电机在保压、冷却、开模取料工艺阶段节能作用171

三、注塑机变频结构组成172

四、前馈比例微分控制数学模型174

五、交流电动机晶闸管交－直－交变频调速装置178

第三节 变频器原理基础186

一、交流调速分类186

（一）间接变换方式（交－直－交变频）187

（二）直接变换方式（交－交变频器）188

（三）无换向器电动机调速188

（一）概述189

（二）PWM逆变器的工作原理189

二、脉宽调制逆变器189

（三）PWM逆变器的控制方式191

三、直流－交流无源逆变电路194

（一）概述194

（二）交－直－交电压型逆变器195

四、脉冲宽度调制电路198

（一）单极性PWM放大器198

（二）双极性PWM放大器201

五、正弦波SPWM电路203

（一）正弦波SPWM工作原理203

（二）SPWM控制204

（三）同步调制与异步调制206

第四节 变频调速系统的控制方式及其机械特性207

一、恒频恒压时异步电动机的机械特性208

二、恒压频比控制时电动机的机械特性208

三、异步电动机按Temax=C控制方式时的机械特性210

四、恒功率控制方式211

第五节 转速开环、电压闭环恒压频比控制的变频调速系统212

一、给定积分器213

二、绝对值放大器213

三、电压控制环节213

四、频率控制环节213

第六节 异步电动机矢量变换控制系统214

一、矢量变换控制的基本概念214

二、坐标变换和矢量变换215

（一）双轴理论和原型电机的电压方程218

三、矢量变换控制的异步电动机数学模型218

（二）用α-β轴坐标系描述的异步电动机数学模型220

（三）用M-T轴坐标系描述的异步电动机数学模型221

（四）数学模型中各变量的关系223

（五）两种数学模型的比较224

四、矢量变换控制的变频调速系统225

（一）磁链开环转差型矢量控制的交－直－交电流型变频调速系统225

（二）转速、磁链闭环控制的电流跟踪型PWM变频调速系统227

第七章注塑成型专家系统229

第一节 专家系统简介231

一、人工智能的发展231

二、专家系统232

三、模糊推理235

四、知识获取239

第二节 注塑成型过程及其控制参数240

一、注射过程242

二、冷却过程243

三、熔胶过程243

四、开模及顶针过程244

五、注射成型工艺条件的选择与控制245

第三节 经验规则提取与知识表达247

一、文献回顾248

二、注塑产品缺陷253

三、初始规则的提取253

一、聚合物的热物理性能255

第四节 注塑材料与过程建模255

二、聚合物的流变性能257

三、充模过程简化建模262

第五节 模腔几何形状辨识与分级注射参数自动设定265

一、成型理论266

二、简化模型仿真268

三、实验269

四、确定注射速度分级参数273

一、引言277

第六节 注塑工艺参数的自动设定277

二、数学描述278

三、过程参数的初始化选择280

四、机器参数的初始化设定281

五、消除缺陷的系统结构框图282

六、模糊系统设计284

七、消除缺陷的算法实现289

八、消除注塑制品缺陷的经验规则289

第七节 实验研究292

一、实验方案设计293

二、确定规则强度的实验研究295

三、分级注射速度位置和速度301

四、缺陷消除算法验证304

五、测试结果306

第八节 系统实现308

一、系统结构308

二、系统界面308

三、菜单功能309

第八章电动注塑机316

第一节 国外电动注塑机发展概况316

第二节 电动注塑机结构317

一、电动式注塑机的分类317

二、全电动式注塑机主要部件结构318

三、电动式注塑机控制系统323

第三节 交流伺服电动机磁通特性329

一、高性能三相永磁同步伺服电动机330

二、三相异步伺服电动机333

三、伺服电动机的选择及评价因素334

第四节 交流永磁同步电机控制算法336

一、交流永磁同步电机数学模型的建立337

二、磁场定向控制的数学模型338

三、空间矢量脉宽调制341

四、空间矢量PWM波的生成345

（一）注射过程各阶段对制品质量的影响348

一、电动注塑机中的注射压力与注射速度的控制方法348

第五节 电动注塑机中的几个控制方法348

（二）采用电动注塑机对成型质量的影响349

（三）注射速度控制响应352

（四）电动注塑机优点354

二、锁模压力控制方法355

三、直流电机中的限流保护356

四、新型顶出监控原理358

主要参考文献360