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控制系统传递函数,K为增益环节,t为时间常数(实验结果表明响应曲线达到设定温度65消耗时间,若依实际工况设定温度目标值260℃,则时间常数为421s),S是拉普拉斯算子。
四、PID控制与仿真分析
PID控制常规原理、在变论域模糊PID控制原理如下图1、图2所示。
需要说明的是,在图1中,温度控制系统设定值为r(t);实际输出值为y(t);偏差则用e(t)表示,用公式表达为r(t)y(t);控制对象的输入信息即u(t)。与PID控制常规原理不同,图2中的变论域模糊PID控制原理则对被控制对象的输出误差进行确定,以e表示;而误差变化率用ec标示;伸缩因子为a与β;比例因子等于Lk(m);其中P,i,d则以m作为代表符号。因此,就能够根据变论域模糊原理得到变论域正规化变换方法、PID控制器的3个基本参数(Kp0,Kio,Kdo),从而根据变论域伸缩因子得到a(e)值,常数τ为01。
在完成变论域模糊PID控制原理的优化之后就可以根据仿真软件MatlabSimuli
k构建一个关于双螺杆挤出机温度控制的仿真模型。具体如下:一设定参数,令PID初始值Kp0、Kio、Kdo分别为1615、1125、4163;令量化后论域Kp为2,2、Ki为7,7、Kd为1,1、e为2,2、ec为2,2;并由此在仿真模型中获得常规PID、变论域模糊PID控制原理下的温度响应。其结果是在常规原理之下,温度控制在阶跃、脉冲干扰信号后不能达到较好响应;但变论域模糊PID控制后其响应积极,效果显著。因此,控制温度接近设定温度是影响相对较小、挤出产品较好的直接路径。
五、实验举例
根据PID控制原理的比较分析与仿真模型的构建实验发现变论域的PID控制原理应用能够较好的提升温度控制效果。所以,在双螺杆挤出机温度控制系统优化之后选择(PA)6CaCl2聚酰胺作为挤出实验加以论证。具体如下:首先根据变论域模糊PID控制方面的影响因素,即缺口冲击强度、弯曲应力、断裂伸长、拉伸强度各方面做好要素分析表格;然后,根据温度控制时,熔融挤出温度过高,不利于该复合材料拉伸性能,有利于缺口冲击强度、弯曲应力强度的基本结论,将温度设定在240℃,然后逐步上升到280℃,就可以发现实际有利于缺口冲击强度、弯曲应用力强度的提升率分别达到了2759、761;相对而言,不利于拉伸强度的值却下降比较利害,高达3575,但断裂伸长的降低率仅为632。因此,它显著的说明了温度控制在挤出产品形态与品质方面的关键性。
结束语
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双螺杆挤出机中的温度控制系统设计相对简单,但其运r
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