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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