1.背壓形成及其影響因素

 1.1背壓形成機理 注塑機計量過程中，螺桿的旋轉完成樹脂粒料在料筒中的往前堆積，同時達到對樹脂原料剪切的作用。當熔料越來越多時，樹脂原料便會產生一個對螺桿的反向作用力，就會形成背壓。背壓的適當提高有利于熔料中空氣的排出、增加熔料的塑化均勻性以及控制產品重量的一致性。

 1.2背壓的影響因素 電動注塑機控制中，影響背壓的因素主要有三個：螺桿轉速、螺桿結構以及螺桿的后退速度。相同的工藝參數條件下，螺桿轉速越高，背壓越大；螺桿轉速一定的情況下，螺桿不同功能段的塑化能力不同，產生的背壓也不同；螺桿后退速度越慢，熔料背壓越大。

 2.背壓控制算法 為了保證樹脂的均勻熔化，螺桿按照設定的轉速旋轉，即螺桿轉速不進行調整，控制目標通過實時地調整螺桿的回退速度來實現。 2.1算法的基本原理 背壓控制的基本原理為：當設定背壓值一定時，螺桿的回退速度與當前的實際背壓值成反相關的關系。實際壓力值小于設定背壓值時，螺桿只旋轉不后退，當實際壓力值大于設定背壓值時，螺桿開始邊旋轉邊后退，而且實際壓力值與設定背壓值的差值越大后退速度越快；實際背壓值與設定背壓值接近時，速度抖動要小，以避免實際背壓壓力值的抖動。

 2.2控制算法的實現 二次曲線在越遠離對稱軸的地方斜率越大，這樣的幾何關系與上述控制原理相符合：把設定的指令背壓值作為二次曲線的對稱軸，當實際背壓值遠大于指令背壓值時，螺桿的后退速度呈非線性的快速增大，使得實際壓力迅速下降；當實際背壓值與指令背壓值接近時，則利用其在對稱軸附近的平坦性保證后退速度的小波動；另外我們可以利用對稱軸所帶來的偏置，巧妙地避開外部干擾所導致的實際背壓值的偏置。 為了達到控制要求，提出的控制算法：當實際背壓值大于指令背壓值時，將兩者的差值進行放大，獲得所需的螺桿指令后退速度v，再計算出指令的位移增量，輸出給伺服驅動器。

 3.實驗與分析

 3.1注射電機控制模塊實現 我們利用狀態機的設計方法對注射電機控制模塊進行了開發。將整個注射電機的工藝分為七個不同的狀態，依次為：暫停態(pause)、注射速度態(inj＿fwd＿vel)、注射速度－壓力轉換態(inj＿fwd＿v2p)、注射保壓態(inj＿fwd＿prs)、計量前減壓態(inj＿bak＿unload1)、計量態(inj＿bak＿pre－load)以及計量后防流涎態(inj＿bak＿unload2)。描述了不同狀態之間的轉換、狀態間轉換的條件和所需要的觸發動作。在inj＿bak＿preload狀態，塑化電機開始旋轉，注射電機按照本文所提出的算法進行回退，兩者配合完成背壓的控制。

 3.2 實驗與分析 實驗中各機械、工藝及控制參數如下：通用螺桿直徑為21mm，原料為pp粒料，加熱器的溫度分別為185℃、210℃、200℃、170℃，控制周期為1ms；控制參數為poffset＝0.28mpa，a0＝9.5mm/min，a1＝85mm/(min·mpa)，a2＝95mm/(min·mpa2)。 為了觀察和比較不同背壓值下的控制效果，實驗設定四組背壓值分別為6mpa、8mpa、10mpa、12mpa，并設定兩組不同的轉速值80r/min、120r/min。實際的背壓控制效果，可以看出，背壓的實際控制輸出誤差在1mpa內，考慮到外部干擾的影響(大約±0.35mpa)，實際效果達到控制要求。 為了觀察多級背壓時的控制效果，設定兩級背壓6mpa和10mpa，對應轉速分別為75r/min、110r/min。設定三段背壓6mpa、12mpa、9mpa，對應轉速分別為75r/min、110r/min、95r/min?？梢钥闯?，對于多級背壓，本算法也可以將輸出誤差控制在1mpa以內，而且響應的速度也令人滿意。 有時在計量過程的末期會出現壓力的峰值，這主要是由注射電機末期的減速造成的，經過計量后減壓工藝之后，實際背壓值就會顯著減小。剔除控制末端的實際壓力峰值，計算得出對應的實際背壓值的平均值以及iae(絕對誤差積分)值如表1所示。從表中可以看出實際背壓的輸出平均值與設定背壓值的誤差在1mpa以內，而且當轉速變大時，實際的背壓輸出值會稍大于設定背壓值。該算法具有很好的重復性和穩定性。