在注塑工業(yè)中，注塑機配備了的模具溫度控制系統(tǒng)，一般稱為模溫機，用來加熱或冷卻模具并保持它的工作溫度，保證注塑件品質(zhì)穩(wěn)定并優(yōu)化加工時間。模溫機由電器部分及流體輸送部分構(gòu)成，前者包括控制器、開關(guān)/安全元件、溫度傳感器等，后者包括加熱器、冷卻器、主泵、安全元件等。其中，控制器作為模溫機的神經(jīng)中樞，負責安排模溫機的整個工作流程，并關(guān)系到其工作性能的好壞。因此，設(shè)計一套性能*、功能齊全、操作簡便的控制系統(tǒng)，是模溫機設(shè)計技術(shù)的核心和關(guān)鍵所在。
傳統(tǒng)模溫機的溫度控制模塊大多采用PID控制算法，雖然精度高且穩(wěn)定性好，但當起始溫度與目標溫度相差較大時，系統(tǒng)響應時間長。另外，PID參數(shù)的調(diào)整也比較困難，這將大大降低系統(tǒng)的自適應能力。鑒于此，本文著重從模糊控制的角度設(shè)計模溫機控制器的溫度控制模塊。問題是由于模溫機可能需要替換不同功率的加熱器，而且各種注塑原料其熱學物理特性也存在差異，基于專家經(jīng)驗的模糊控制方法將不能很好地適應這種控溫環(huán)境的變化。這使得在一種控溫環(huán)境下正常工作的模糊控制策略可能會在另一種控溫環(huán)境中導致超調(diào)的不良現(xiàn)象。對此，本文通過引入升溫速率因子，提出一種有效抑制超調(diào)的模糊控制方法，使系統(tǒng)在一定程度上能夠適應控溫環(huán)境的變化。
1系統(tǒng)總體設(shè)計
綜合考慮產(chǎn)品成本、系統(tǒng)性能等因素，模溫機控制器選用宏晶科技公司生產(chǎn)的STC10F12XE作為微控制器。STC10F12XE屬于STC11/10xx系列單片機，工作在單機器周期下，指令代碼*兼容傳統(tǒng)的8051，速度卻快了8~12倍，有效保證了系統(tǒng)控制的實時性，并具有低功耗和*抗干擾的優(yōu)點，同時芯片內(nèi)部還集成了12KB的Flash程序存儲器、512KB的SRAM以及1KB的EEPROM，足以存放實現(xiàn)復雜控制算法的程序代碼以及系統(tǒng)運行所需的相關(guān)參數(shù)，完夠勝任本系統(tǒng)工業(yè)智能控制的應用場合。圍繞STC10F12XE設(shè)計硬件系統(tǒng)，模溫機控制器主要由以下幾個部分組成：電源電路、復位電路、時鐘電路、顯示電路、溫度采集電路、按鍵檢測電路、相位檢測電路等，如圖1所示。
為增強系統(tǒng)在工業(yè)控制場合的抗干擾性，在硬件實現(xiàn)時將控制器分成主板和控制板兩部分。主板主要包含以處理數(shù)字信號為主的復位電路、時鐘電路、數(shù)碼管、指示燈顯示電路及按鍵檢測電路。控制板則包括處理模擬信號為主的電源電路、相序檢測電路、溫度采集電路以及繼電器開關(guān)電路等。由控制板的電源電路產(chǎn)生兩個獨立電源，分別為兩塊板的相關(guān)電路模塊供電。由主板單片機向控制板發(fā)出的控制信號以及從控制板反饋回單片機的信號均通過光耦隔開，從而增強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
2溫度控制及相關(guān)模塊設(shè)計
2.1溫度采集模塊
本文采用外接A/D轉(zhuǎn)換芯片的方法實現(xiàn)模溫機控制器的溫度采集模塊，選用的芯片是德州儀器生產(chǎn)的10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1549。該芯片可通過單片機串行控制，并以串行方式輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，只需占用單片機3個并行I/O引腳，zui大誤差為±1LSB，配合K型感溫線和信號放大電路就能夠很好地完成溫度采集。
按照TLC1549的工作時序要求，在STC10F12XE定時器T0的中斷控制下，取時序電平脈寬為1ms，即可平均每25ms讀取一次采樣數(shù)據(jù)量，從而每200ms可連續(xù)采樣8次，zui終對8次采樣值按算術(shù)平均值濾波后求得有效采樣值，而系統(tǒng)溫度控制周期為6s，因此5次/s的采樣速率可以滿足系統(tǒng)控制的實時性要求。本文采用線性插值的方法將采樣數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換成實際溫度值，具體做法為在存儲器中存放一張查找表，記錄了在30℃～250℃的控溫范圍內(nèi)每隔5℃取一個溫度值所對應的采樣數(shù)據(jù)量。這樣通過查表和簡單的線性計算公式即可由采樣數(shù)據(jù)量求得對應溫度值：
2.2解析式法模糊控制的性能分析
在模溫機的控溫應用場合中，環(huán)境噪聲較大，而且由于注塑原料物理特性的差異，以及模具容積與所要求的加熱器功率的不同，無法為受控對象定義統(tǒng)一的數(shù)學模型。可見，PID控制方法用于模溫機的溫度控制存在較大的局限性。模糊控制具有較強的優(yōu)勢，因為它可以利用人類的專家控制經(jīng)驗來彌補受控對象動態(tài)特性中的非線性和不確定性，不依賴對象的數(shù)學模型，具有較強的魯棒性[1]。為簡化推理過程，模糊控制領(lǐng)域有學者提出拋開控制表，引用簡單解析式來實現(xiàn)控制規(guī)則
