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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:廖福聲
研究生(外文):Fu-Sheng Liao
論文名稱:全電式塑膠射出成型機控制系統設計與研製
論文名稱(外文):Control System Design And Implementation of an Electric Injection Molding Machine
指導教授:蔡清池
指導教授(外文):C.C. Tsai
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
中文關鍵詞:數位信號處理器轉矩控制保壓修正型可變增益PI滑動模態控制
外文關鍵詞:Digital Signal ProcessorTorque controlholding-pressureA modified gain scaling PI control based on sliding mode control theory
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本論文的目的是研發全電式塑膠射出成型機控制系統之設計方法學與其實現製作技術。全電式塑膠射出成型機是一個結合精密製造、伺服馬達驅動與高等數位控制等創新科技之機電整合產品,其控制系統架構包括伺服馬達選用、伺服運動控制、溫度控制、PLC控制、人機介面技術、射膠速度追蹤以及保壓控制等。在射膠速度追蹤方面,本文提出一以扭力控制模式為基礎的PI與前饋控制,結合DSP之實現技術,發展一新式全電式塑膠射出成型機控制系統。在保壓控制方面,本研究提出一修正型可變增益PI滑動模態壓力控制技術,用以改善保壓切換點的壓力突波問題。多項實驗證實本文所設計之系統與方法之可行性與有效性。本項系統之開發,將促使全電式塑膠射出成型機控制應用技術往前提昇並發揮淋漓盡致。
This thesis aims at developing control design methodologies and implementation technologies for an electric injection molding machine control system. This type of electric injection molding machine is an innovationally mechatronic product which is constructed by a synthesis of precision manufacturing, servomotor driving and advanced digital control. The controller for the machine is devoted to achieving motion control, temperature control, PLC control, man-machine interfacing, injection speed tracking and holding-pressure control. A novel, DSP-based, proportional-integral (PI) and feedforward speed profile control is presented based on motor torque control mode in order to accomplish speed profile tracking for the machine. To have good control at the holding-pressure stages, a modified gain scaling PI control based on sliding mode control theory is proposed to improve the switchover control of fill-to-packing without overshoot. Several experimental results have proven that the proposed methods together with the built system prototype are feasible and effective. These developed technologies are expected to be useful in improving and promoting the current and future control technologies for electric injection molding machines.
中文摘要…………………………………………………………………i
英文摘要…………………………………………………………………ii
誌  謝…………………………………………………………………iii
目  錄…………………………………………………………………iv
圖 目 錄…………………………………………………………………viii
表 目 錄…………………………………………………………………xii
符號說明…………………………………………………………………xiii
第一章緒論……………………………………………………………1
1.1 前言………………………………………………………………1
1.1.1 簡介……………………………………………………………1
1.1.2 應用市場範圍…………………………………………………2
1.1.3 全電式與傳統油壓式射出成型機差異………………………3
1.1.4 基本構造介紹…………………………………………………4
1.1.5 射出成型程序…………………………………………………6
1.1.6 研究動機與目的………………………………………………8
1.1.7 文獻回顧………………………………………………………8
1.2 章節組織…………………………………………………………10
第二章控制系統架構設計……………………………………………11
2.1 電動伺服射出裝置………………………………………………11
2.1.1 射出裝置的機能與構成………………………………………11
2.1.2 電動伺服射出機構……………………………………………11
2.1.3 直列滾珠螺桿式射出機構……………………………………12
2.2 電動伺服鎖模裝置介紹…………………………………………14
2.2.1 鎖模裝置的機能與構成………………………………………14
2.2.2 電動伺服鎖模機構……………………………………………16
2.3 射出成型機控制程序……………………………………………17
2.3.1 成型週期控制…………………………………………………17
2.3.2 射出週期控制…………………………………………………17
2.4 人機介面設計……………………………………………………19
2.5 控制系統設計……………………………………………………27
2.5.1 控制系統架構圖………………………………………………28
2.5.2 控制系統3D配線示意圖………………………………………29
2.6 控制系統電路設計………………………………………………30
2.6.1 CPU模組選用 …………………………………………………30
2.6.2 記憶及通訊模組設計…………………………………………31
2.6.3 DSP伺服控制模組設計 ………………………………………32
2.6.4 溫度控制模組設計……………………………………………33
2.6.5 數位I/O模組設計 ……………………………………………34
2.7 PLC控制系統規 …………………………………………………35
2.7.1 Soft PLC概說…………………………………………………35
2.7.2 PLC組成元件 …………………………………………………36
2.7.3 PLC系統的繼電器接點規劃 …………………………………37
2.7.4 PLC基本指令規劃 ……………………………………………38
2.7.5 計時器…………………………………………………………40
2.7.6 計數器…………………………………………………………41
2.7.7 PLC堆疊系統之操作設計 ……………………………………43
2.7.8 PLC堆疊與基本指令範例 ……………………………………44
2.7.9 PLC程式運作 …………………………………………………45
2.8 系統核心控制……………………………………………………46
2.9 結論………………………………………………………………48
第三章射膠控制系統速度曲線軌跡追蹤控制………………………49
3.1 永磁同步馬達基本數學模………………………………………49
3.1.1 轉矩控制迴路數學模型………………………………………51
3.1.2 轉矩控制迴路模儗……………………………………………55
3.1.3 轉矩控制閉迴路模儗…………………………………………56
3.2 雙自由度PI控制器設計…………………………………………58
3.2.1 PI控制器描述…………………………………………………58
3.2.2 PI控制器設計…………………………………………………58
3.2.3 前饋控制器設計………………………………………………61
3.3 PI控制器離散化實現……………………………………………63
3.4 前饋控制器離散化實現…………………………………………65
3.5 射膠速度曲線追蹤測試…………………………………………66
3.6 結論………………………………………………………………68
第四章保壓階段壓力軌跡追蹤控制…………………………………69
4.1 保壓力量控制探…………………………………………………69
4.1.1 塑膠射出成型機保壓力量控制系統結構說明………………69
4.1.2 位置控制模式的力量控制……………………………………70
4.1.3 速度控制模式的力量控制……………………………………70
4.1.4 扭力控制模式的力量控制……………………………………71
4.1.5 扭力控制模式力量控制的開迴路測試………………………72
4.2 可變增益PI滑動模態力量控制器設計…………………………73
4.1.6 滑動平面規劃…………………………………………………73
4.1.7 可變增益PI滑動模態壓力控制器設計………………………75
4.1.8 滑動函數Sl對PI控制器影響…………………………………78
4.3 使用SIMULINK模擬可變增益PI滑動模態控制器………………79
4.4 可變增益PI滑動模態控制器實現………………………………82
4.4.1 滑動模態控制器離散化………………………………………82
4.4.2 可變增益PI滑動模態壓力控制器離散化……………………82
4.4.3 可變增益PI滑動模態壓力控制器程式………………………84
4.4.4 保壓可變增益PI滑動模態壓力控制器實測…………………85
4.5 結論………………………………………………………………86
第五章總結與建議……………………………………………………87
5.1 總結………………………………………………………………87
5.2 建議………………………………………………………………88
參考文獻………………………………………………………………89
附錄一:鎖模裝置、射出裝置、控制裝置及各控制模組照片……92
附錄二:使用Analog Device ADSP-2101寫成之PI控制器程式 …96
附錄三:使用Analog Device ADSP-2101寫成之FF控制器程式 …98
附錄四:可變增益PI滑動模態壓力控制器C語言程式 ……………99
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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