1.背压形成及其影响因素

 1.1背压形成机理 注塑机计量过程中，螺杆的旋转完成树脂粒料在料筒中的往前堆积，同时达到对树脂原料剪切的作用。当熔料越来越多时，树脂原料便会产生一个对螺杆的反向作用力，就会形成背压。背压的适当提高有利于熔料中空气的排出、增加熔料的塑化均匀性以及控制产品重量的一致性。

 1.2背压的影响因素 电动注塑机控制中，影响背压的因素主要有三个：螺杆转速、螺杆结构以及螺杆的后退速度。相同的工艺参数条件下，螺杆转速越高，背压越大；螺杆转速一定的情况下，螺杆不同功能段的塑化能力不同，产生的背压也不同；螺杆后退速度越慢，熔料背压越大。

 2.背压控制算法 为了保证树脂的均匀熔化，螺杆按照设定的转速旋转，即螺杆转速不进行调整，控制目标通过实时地调整螺杆的回退速度来实现。 2.1算法的基本原理 背压控制的基本原理为：当设定背压值一定时，螺杆的回退速度与当前的实际背压值成反相关的关系。实际压力值小于设定背压值时，螺杆只旋转不后退，当实际压力值大于设定背压值时，螺杆开始边旋转边后退，而且实际压力值与设定背压值的差值越大后退速度越快；实际背压值与设定背压值接近时，速度抖动要小，以避免实际背压压力值的抖动。

 2.2控制算法的实现 二次曲线在越远离对称轴的地方斜率越大，这样的几何关系与上述控制原理相符合：把设定的指令背压值作为二次曲线的对称轴，当实际背压值远大于指令背压值时，螺杆的后退速度呈非线性的快速增大，使得实际压力迅速下降；当实际背压值与指令背压值接近时，则利用其在对称轴附近的平坦性保证后退速度的小波动；另外我们可以利用对称轴所带来的偏置，巧妙地避开外部干扰所导致的实际背压值的偏置。 为了达到控制要求，提出的控制算法：当实际背压值大于指令背压值时，将两者的差值进行放大，获得所需的螺杆指令后退速度v，再计算出指令的位移增量，输出给伺服驱动器。

 3.实验与分析

 3.1注射电机控制模块实现 我们利用状态机的设计方法对注射电机控制模块进行了开发。将整个注射电机的工艺分为七个不同的状态，依次为：暂停态(pause)、注射速度态(inj＿fwd＿vel)、注射速度－压力转换态(inj＿fwd＿v2p)、注射保压态(inj＿fwd＿prs)、计量前减压态(inj＿bak＿unload1)、计量态(inj＿bak＿pre－load)以及计量后防流涎态(inj＿bak＿unload2)。描述了不同状态之间的转换、状态间转换的条件和所需要的触发动作。在inj＿bak＿preload状态，塑化电机开始旋转，注射电机按照本文所提出的算法进行回退，两者配合完成背压的控制。

 3.2 实验与分析 实验中各机械、工艺及控制参数如下：通用螺杆直径为21mm，原料为pp粒料，加热器的温度分别为185℃、210℃、200℃、170℃，控制周期为1ms；控制参数为poffset＝0.28mpa，a0＝9.5mm/min，a1＝85mm/(min·mpa)，a2＝95mm/(min·mpa2)。 为了观察和比较不同背压值下的控制效果，实验设定四组背压值分别为6mpa、8mpa、10mpa、12mpa，并设定两组不同的转速值80r/min、120r/min。实际的背压控制效果，可以看出，背压的实际控制输出误差在1mpa内，考虑到外部干扰的影响(大约±0.35mpa)，实际效果达到控制要求。 为了观察多级背压时的控制效果，设定两级背压6mpa和10mpa，对应转速分别为75r/min、110r/min。设定三段背压6mpa、12mpa、9mpa，对应转速分别为75r/min、110r/min、95r/min。可以看出，对于多级背压，本算法也可以将输出误差控制在1mpa以内，而且响应的速度也令人满意。 有时在计量过程的末期会出现压力的峰值，这主要是由注射电机末期的减速造成的，经过计量后减压工艺之后，实际背压值就会显著减小。剔除控制末端的实际压力峰值，计算得出对应的实际背压值的平均值以及iae(绝对误差积分)值如表1所示。从表中可以看出实际背压的输出平均值与设定背压值的误差在1mpa以内，而且当转速变大时，实际的背压输出值会稍大于设定背压值。该算法具有很好的重复性和稳定性。

 4.结论

 (1)本文提出了一种基于二次曲线的背压控制算法，针对实际背压值所处的区间选取不同的控制策略。

 (2)通过实验验证，在不同背压设定值以及不同设定转速下，通过该算法得到的实际控制输出背压值的误差平均值可以控制在1mpa以内。

 (3)本算法可以较好地处理多级背压的工艺要求。 (4)本算法具有良好的稳定性和可重复性。