（机械设计及理论专业论文）面向聚合物动态流变测试的挤出过程控制及智能化研究.pdf

删y 1 8 1 驯 d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt os o u t hc h i n au n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g yf o rd o c t o r sd e g r e e e x t r u s i o np r o c e s sc o n t r o la n di n t e l l i g e n t i z e dr e s e a r c h b a s e do np o l y m e rd y n a m i c r h e o l o g y m e a s u r e m e n t w e n s h e n g p i n g s u p e r v i s o r ：p r o f q uj i n p i n g s p e c i a l t y ： m e c h a n i c a ld e s i g na n d t h e o r y i n s t i t u t eo fi n d u s t r i a le q u i p m e n ta n dc o n t r o le n g i n e e r i n g ， s o u t hc h i n au n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y ，g u a n g z h o u ，510 6 4 0 o c t o b e r ，2 0 0 4 本人郑重声明 取得的研究成果。 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者雠：丈够彳醐枷倒圳珀 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存 和汇编本学位论文。 保密区在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“4 ) 作者签名： 吏笛千 日期：抄侔f 月f 多日 导师签名： 彳醐蜘削徊 、。一一，；h i 摘要 摘要 任何聚合物材料都必须经过成型加工成制品后，才能体现其各种优良的特 性，挤出成型是高分子材料最主要的加工方法。随着科学技术的不断进步，人们 对塑料挤出制品的质量提出了越来越高的要求，近年来以提高成型制品几何精度 和内在质量均匀性为主要标志的精密化技术在国内外得到了塑料加工领域的高 度重视。挤出制品质量的提高除了挤出理论本身的不断发展以外，十分有必要研 究挤出过程中先进的控制理论与控制技术，在这一方面，我国与国外的研究水平 还存在一定的差距。 动态塑化挤出过程是一个复杂、非线性以及耦合严重的多变量过程，影响稳 定挤出与最终制品质量的因素很多。在众多的工艺影响因素中，熔体压力作为一 个重要的加工工艺参数，对挤出机的产量有着决定性的影响，而熔体温度波动会 引起聚合物熔体粘度的变化，从而导致熔体压力和挤出流率的变化。因此，动态 挤出过程中熔体出口温度与出口压力是最为关键的两个工艺参数。本文以聚合物 动态流变测试挤出过程为研究对象，首次研究了动态挤出过程中熔体温度与熔体 压力的双变量解耦控制方法。 本文采用l l d p e 及p s 两种物料，通过大量的动态特性实验，研究了动态流 变测试塑化挤出过程中各加热区温度、螺杆转速以及振动等工艺参数与熔体温 度、熔体压力的动态关系，提出了在聚合物动态流变测试挤出过程中以调节模头 段加热器的功率控制熔体温度的思想。在此基础上，首次建立了动态挤出过程中 熔体温度与熔体压力关于挤出模头加热区功率以及螺杆转速的多变量传递函数 数学模型。提出了一种二输入二输出模糊解耦控制算法，利用该算法对所建立的 关于熔体温度与压力的多变量传递函数模型进行了大量的仿真实验，仿真结果证 明了该解耦算法的可行性，同时，其算法具有较好的鲁棒性。 以b & rp c c 2 0 0 3 控制器为核心，设计并从物理上实现了基于c a n 总线的 聚合物动态流变测试控制系统，首次成功实现了聚合物动态流变测试挤出过程中 熔体温度与熔体压力的模糊解耦在线控制运行，并取得了满意的控制精度。同时， 针对电磁动态塑化挤出螺杆驱动电机具有较低基本工作频率的特性，采用智能型 三相p w m 脉宽调制器s a 8 6 6 设计并实现了挤出机螺杆速度控制；根据螺杆轴向振 动控制的要求，利用电流滞环控制原理实现了挤出过程螺杆轴向振动控制。 i i p o l y m e rd y n a m i ce x t r u s i o ni sam u l t i v a r i a b l ep r o c e s st h a to fc o m p l e x ，n o n l i n e ra n d d e e pc o u p l e t h e r ea r em a n yf a c t o r st h a tt a k ee f f e c tt ot h es t a b i l i t yo fe x t r u s i o np r o c e s sa n d t h eq u a l i t yo fe x t r u d ep r o d u c t s a m o n gn u m e r o u si n f l u e n c ef a c t o r s ，m e l tp r e s s u r ea sa i m p o r t a n tt e c h n i c a lp a r a m e t e rm a k e st h ed e c i s i v ei n f l u e n c et ot h eo u t p u to fe x t r u d e w h i l e m e l tt e m p e r a t u r e sf l u c t u a t i o nc a nc h a n g em e l tv i s c o s i t ya n dc o n s e q u e n t l yl e a dt h ec h a n g eo f m e l tp r e s s u r ea n df l o wr a t e t h e r e f o r e ，t h et w om o s tc r u c i a lt e c h n i c a lp a r a m e t e r sa r et h a tt h e m e l tt e m p e r a t u r ea n dm e l tp r e s s u r ei nt h ed y n a m i ce x t r u s i o np r o c e s s t h ep a p e rr e s e a r c h e d t h em u l t i v a d a b l ed e c o u p l i n gc o n t r o ls y s t e mo fm e l tt e m p e r a t u r ea n dm e l tp r e s s u r ei nt h e d y n a m i cp l a s t i c a t i n ge x t r u s i o np r o c e s sb a s e do nt h er h e o l o g ym e a s u r e m e n tf o rt h ef i r s tt i m e u s i n gt w ok i n d so fr a wm a t e r i a l s o fl l d p e ( i i n e dl o wd e n s i t yp o l y e t h y l e n e ) a n d p s ( p o l y s t y r e n e ) ，t h r o u g hal a r g en u m b e ro fd y n a m i ce x p e r i m e n t s ，t h ep a p e rh a ss t u d i e dt h e d y n a m i cb e h a v i o rb e t w e e nt h eb a r r e lt e m p e r a t u r e ，s c r e ws p e e d ，v i b r a t i o n ，e t c a n dt h em e l t t e m p e r a t u r ea n dm e l tp r e s s u r ei nt h ed y n a m i cp l a s t i c a t i n ge x t r u s i o np r o c e s sb a s e do nt h e r h e o l o g ym e a s u r e m e n t t h r o u g hr e s e a r c h ，w ep u tf o r w a r da ni d e ao fa d j u s t i n gt h e m e l t t e m p e r a t u r eo n l yt h r o u g ht h eh e a t i n gp o w e ro fz o n e5 o nt h eb a s i s ，w ee s t a b l i s h e dt h e m u l t i v a r i a b l em a t h e m a t i c sm o d e lo ft h et r a n s f e rf u n c t i o nt h a td e s c r i b e sm e l tt e m p e r a t u r ea n d m e l tp r e s s u r ea b o u tt h eh e a t i n gp o w e ro fz o n e5a n ds c r e ws p e e df o rt h ef i r s tt i m e a n dt h e n ， w eh a v ep r o p o s e do n ek i n do f t w o i n p u t t w o o u t p u t ( t i t o ) f u z z yd e c o u p l i n g c o n t r o l a l g o r i t h m s u s i n gt h ea l g o r i t h m , w ew e n to nal a r g ea m o u n to fs i m u l a t i o nr e s e a r c hb a s e do n t h em u l t i v a r i a b l et r a n s f e rf u n c t i o nm o d e lo fm e l tt e m p e r a t u r ea n dm e l tp r e s s u r e t h e s i m u l a t i o nr e s u l tp r o v e dt h a tt h ea l g o r i t h mi sf e a s i b l e a tt h es a m et i m e ，t h ea l g o r i t h m s r o b u s t n e s si sg o o d i i v k p k l k d d l ，d f 鬣 善 g ( j ) 乞 w 万 p e t k p m 厂 乙 eo re e co re c uo ru n a 五( 石) k 。、k 。 k 。 0 v d 1 2 、d 2 l a o ( i = 1 ，2 ；j = 1 ，2 ) 取大运算( m a x ) 解耦系数 修正系数 v 华南理t 大学博士学位论文 速度控制器给定频率信号( h z ) 电机气隙磁通 载波频率( h z ) 电源频率范围 脉冲延迟时间( us ) 脉冲删除时间( i ls ) 转矩提升百分值 目录 目录 中文摘要 英文摘要 物理量名称及符号表 中文目录 英文目录x 第一章绪论l 1 1 挤出过程的影响因素2 1 1 1 熔体压力对挤出波动的影响2 1 1 2 熔体温度波动对流率波动的影响3 1 2 挤出过程控制方法研究3 1 2 1 过程控制概述3 1 2 2 前人的研究工作4 1 2 2 1 经典p i d 控制方法研究4 1 2 2 2 时间序列建模与统计控制研究5 1 2 2 3 现代控制方法研究6 1 3 模糊控制理论与研究方法8 1 3 1 模糊控制的产生与特点9 1 3 2 多变量模糊控制理论与方法1 0 1 3 3 模糊控制理论的发展前景15 1 4 本文的主要工作1 6 1 5 本文研究的目的与意义1 7 1 6 本章小结1 8 第二章基于oa n 总线的控制系统物理实现19 2 1 控制系统总体结构1 9 2 2 控制系统设计与实现2 0 2 2 1 硬件设计2 0 2 2 2 软件设计2 3 2 3 螺杆速度控制设计与实现2 7 v i i 华南理t 大学博十学位论文 2 3 1v f 控制策略2 7 2 3 2 三相脉宽调制器s a 8 6 6 2 8 2 3 3 调速系统设计与实现2 9 2 4 螺杆轴向振动控制设计与实现32 2 4 1 电流滞环控制原理3 2 2 4 2 控制系统组成3 3 2 5 本章小结35 第三章挤出过程动态特性研究37 3 1 研究装置3 7 3 1 1 单螺杆挤出流变装置3 8 3 1 2 信号检测装置3 8 3 1 3 数据采集装置3 9 3 2 研究内容与方法3 9 3 3 实验及结果3 9 3 3 1l l d p e 动态特性实验3 9 3 3 2p s 动态特性实验4 6 3 3 3 实验结果分析4 8 3 4 多变量系统模型辨识4 9 3 4 1 系统辨识算法5 0 3 4 2 熔体温度、压力多变量模型辨识5 2 3 5 本章小结5 6 第四章多变量模糊控制算法研究57 4 1 引言5 7 4 2 模糊控制基本理论和方法5 8 4 2 1 模糊控制基本概念59 4 2 2 工程模糊的控制方法61 4 3 多变量模糊控制系统解耦设计6 6 4 3 1 多变量模糊系统的描述6 6 4 3 2 多变量模糊解耦补偿器设计6 6 4 3 3 参数自调整的模糊控制方法7l 4 4 仿真实验7 2 4 5 本章小结8 0 v i i i 附录106 攻读学位期间发表的与学位论文相关的学术论文10 9 致谢110 i x 华南理t 大学博十学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c t ( c h i n e s e ) i a b s t r a c t ( e n g l i s h ) i i i n a m eo fp h y s i c a lp a r a m e t e r sa n ds y m b o lt a b l e v c o n t e n t s ( c h i n e s e ) 1 1 7 c o n t e n t s ( e n g l i s h ) x c h a p t e r li n t r o d u c t i o n 1 1 1 i n f l u e n c i n gf a c t o r o fe x t r u s i o np r o c e s s 2 1 1 1e f f e c to fm e l tp r e s s u r eo ne x t r u s i o nf l u c t u a t i o n 2 i i 2e f f e c to fm e l tt e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o no nf l o wr a t e 3 1 2r e s e a r c ho fe x t r u s i o np r o c e s sc o n t r 0 1 3 1 2 1 s u m m a r yo fp r o c e s sc o n t r o l 3 1 2 2f o r e r u n n e r sa c h i e v e m e n t z l 1 2 2 1c l a s s i c a lp i dc o n t r o ls t u d i e s 4 1 2 2 2t i m es e r i e sm o d e l i n ga n ds t o c h a s t i cc o n t r o ls t u d i e s 5 1 2 2 3m o d e r nc o n t r o ls t u d i e s 6 1 3 f u z z yc o n t r o lt h e o r ya n dm e t h o d 8 1 3 1c h a r a c t e r i s t i co ff u z z yc o n t r o l 9 1 3 2m u l t i v a r i a b l ef u z z yc o n t r o lt h e o r ya n dm e t h o d l o 1 3 3d e v e l o p m e n to ff u z z yc o n t r o lt h e o r y 1 5 1 4m a i nc o n t e n to ft h e p a p e r 1 6 1 5r e s e a r c hp u r p o s ea n d s i g n i f i c a n c eo ft h ep a p e r 1 7 1 6b r i e fs u m m a r yo ft h ec h a p t e r 1 8 c h a p t e r 2p h y s i c sr e a l i z a t i o no fc o n t r o ls y s t e mb a s e do nc a nb u s l9 2 1st r u c t u r e0f c 0n t r 0 1 s yst em 19 2 2desig na n dr ea l iza t iono fcon t r o lsys t em 2 0 2 2 1h a r d w a r ed e s i g n 2 0 2 2 2s o f t w a r ed e s i g n 2 3 2 3con t r o lo fs cr e ws p e e d 2 7 x c h a p t e r 3e x p e r i m e n tr e s e a r c ho nd y n a m i c so fd y n a m i ce x t r u s i o np r o c e s s 3 7 3 1e x p e r i m en ta ld ev ic e 37 3 1 1 s i n g l es c r e we x t r u d e r 3 8 3 1 2m e a s u r e m e n tu n i t 3 8 3 1 3d a t aa c q u i s i t i o nu n i t ：；9 3 2e x p e r im e n ta l c on t e n ta n dm e t hod 39 3 3 e x p e r im e n tr es e a r c ho nd yn a m i c s 39 3 3 1 e x p e r i m e n tr e s e a r c h o fl l d p e 3 9 3 3 2 e x p e r i m e n tr e s e a r c h o fp s 4 6 3 3 3 e x p e r i m e n tr e s u l ta n a l y s i s 4 8 3 4m o d e li d e n t i f i c a t i o no fm u l t i v a r i a b l eo b j e c t 4 9 3 4 1 a l g o r i t h mo fi d e n t i f i c a t i o n 5 0 3 4 2m u l t i v a r i a b l em o d e li d e n t i f i c a t i o no nm e l tt e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r e 5 2 3 5b r i e fs u m m a r yo ft h ec h a p t e r 5 6 c h a p t e r 4m u l t i v a r i a b l ef u z z ya l g o r i t h mr e s e a r c h 5 7 4 1i n t r o d u e t i o n 5 7 4 2b a s i c t h e o r y o ff u z z yc o n t r 0 1 5 8 4 2 1b a s i c c o n c e p t 5 9 4 2 2 f u z z yc o n t r o l m e t h o d 61 4 3 d e c o u p l i n gd e s i g no fm u l t i v a r i a b l ef u z z yc o n t r o ls y s t e m 6 6 4 3 1 d e s c r i p t i o no fm u l t i v a r i a b l ef u z z ys y s t e m 6 6 4 3 2d e s i g no fm u l t i v a r i a b l ef u z z yd e c o u p l i n gc o m p e n s a t o r 6 6 4 3 3f u z z yc o n t r o la l g o r i t h mw i t ha d j u s t i n g p a r a m e t e r 71 4 4s i m u l a t i o nr e s e a r c h 7 2 4 5b r i e fs u m m a r yo ft h ec h a p t e r 8 0 x 1 华南理t 大学博十学何论文 c h a p t e r 5f u z z yc o n t r o lo nl i n ea n da n a l y s i s 81 5 1 d e s i g no ff u z z yc o n t r o l l e r 8 2 5 2d e t e r m i n eo nc o n t r o lm a n n e r 8 4 5 3c o n t r o lo nl i n ea n da n a l y s i s 8 7 5 3 1m e l tt e m p e r a t u r ec o n t r o l 8 7 5 3 2m e l tp r e s s u r ec o n t r o l 9 0 5 3 3m e l tt e m p e r a t u r ea n dm e l tp r e s s u r ed e c o u p l i n gc o n t r o l 9 2 5 4b r i e fs u m m a r yo ft h ec h a p t e r 9 6 c o n c l u s i o n 9 7 r e f e r e n c e 9 8 a p p e n d i x 10 6 p a p e r sp u b l i s h e dd u r i n gs t u d yf o rp h d 1 0 9 a c k n o w l e d g e m e n t 110 x 任 性。挤 塑料制 题，由 术的发 密化技 瞿 究，在 塑化挤出的全过程，提出了聚合物动态塑化挤出、直接电磁换能和机电磁一体化 等全新概念和原理，发明并成功研制出塑料电磁动态塑化挤出设备。它除了保留 传统螺杆、料筒原有的功能之外，通过引入振动场，使塑料塑化挤出全过程的能 量平衡关系、质量平衡关系和动量平衡关系发生了新的变化，通过振动频率与幅 值的有效控制，实现了物料的动态塑化挤出。 图1 - 1 为聚合物电磁动态塑化挤出机原理结构示意图。 图1 - 1塑料电磁动态塑化挤出机 1 螺杆、2 料筒、3 转子、4 定子、5 机座、6 料斗 f i g 1 一l t h es t r u c t u r eo fe l e c t r o m a g n e t i cd y n a m i cp l a s t i c a t i n ge x t r u d e r 1s c r e w ，2b a r r e l ，3r o t o r ，4s t a t o r ，5s u p p o r tb a s e ，6h o p p e r 图卜2 压力波动对流率波动的影响 f i g 1 2t h ee f f e c to fp r e s s u r ef l u c t u a ti o no nf l o w r a t e 1 一a b s ：2 一p p ；3 一l d p e ：4 一p c ；5 一p a 6 文献 4 还给出了几种常用塑料( 如：a b s 、p p 、l d p e 、p c 、p a 6 等) 的压力 波动对流率波动的影响关系曲线，如图卜2 所示，并得出结论：熔体的非牛顿性 2 老，从某种意义上说，过程控制是从工业生产实际出发而开创的自动控制方法与 技术。历史上发明的流砂计时、计程车、自动提水车，以及瓦特蒸气机的自动调 速装置都是从实际中创造出来的过程控制方法与技术。至今仍在工业界广泛应用 的p i d 控制、位式控制都是人们在生产实践中关于自动控制的长期经验积累。 但是，对于过程控制来说，从数学理论上进行研究，最早提出的是1 9 4 2 年z i e g l e r 和n i c h o l 关于p i d 控制回路的整定规则，这一规则至今还被过程控制工程界广 泛应用。直到d o n a l dc a m p l b e l l 在m i t 开始架设起自动控制理论与过程控制应 用之间的桥梁，才在过程控制中由较系统的理论，如5 0 年代初期a j y o n g 和 t a k a h a s h i 在过程控制中全力推动应用自动控制理论，这些为过程控制的理论研 究奠定了基础。 在6 0 年代，t j w i l l i a m s 和r a d e m a k e r 等人对化工过程主要分离装置一精 馏塔的控制进行了许多很有贡献的研究。k i p i n i a k 在m i t 研究了工业过程中的 优化问题，而b u c k l e y 结合化工生产实际，写出了自动控制理论在工业过程控制 中的应用评述论文。到了6 0 年代中期，a r i s 和a m u n d s o n 等人研究了工业过程 数学模型的建立方法。直到7 0 年代，w e e k m a n 等人虽然介绍过工业过程复杂控 制问题，而且串级控制、前馈控制、选择性控制以及防积分饱和控制等策略在过 程控制中得到应用。在这期间，s e b o r g 等人积极推进现代控制理论在各种工业 过程中的应用，r i c h a l e t 等人开发了模型预测控制算法，并极力在工业过程控制 中推广应用，g i l l e s 提出了基于机理模型的控制方法及相应的计算机仿真，这些 华南理工大学博十学位论文 为现代控制理论在工业过程控制中的应用打下了坚实的基础。 到了8 0 年代，r i c h a l e t 和c u t l e r 等人同时推出了基于模型的预测控制方法 m p c ) 软件系统。c u t l e r 在壳牌石油公司管理层上安装了基于优化控制概念的 变量控制以及r i c h a l e t 将他的专利出让给s e t p o i n t 公司开发出多变量控制器以 ，现代控制理论在工业过程控制中的应用才打破沉闷的僵局，这一事件的重大 义在于工业界接受了现代控制理论和有关概念，由此在工业过程控制中开创了 个新的局面。从1 9 8 0 年到1 9 9 5 年期间，在工业过程控制领域中掀起了现代过 控制理论的研究高潮。 近年来，作为第三代自动控制理论一智能控制在国内外已有了较大的发展， 进入工程化、实用化的阶段。但作为一门新兴的理论技术，它还处在一个发展 期。然而，随着人工智能技术、计算机技术的迅速发展，智能控制必将迎来它 发展新时期。智能控制策略与方法已成为目前国内外学术界和工程界的热门研 课题。 2 2 前人的研究工作 2 2 1 经典pid 控制方法研究 按偏差的比例( p r o p o r t i o n a l ) 、积分( i n t e g r a l ) 、微分( d e r i v a t i r e ) 进 控制，简称p i d 控制，是过程控制中应用最广泛的一种控制规律。实际运行经 及理论分析充分证明，这种控制规律在对相当多的工业对象进行控制时能够得 较满意的结果。 在模拟控制系统中p i d 控制规律可表示为： m ) 喝m 卅丢扣) d t + 警】 ( 1 _ 1 ) 式中k p 、瓦、分别为模拟调节器的比例增益、积分时间、微分时间。 在数字控制系统中，经典增量式数字p i d 的控制算式为： u ( k ) = “( 七一1 ) + k p 【p ( 忌) 一e ( k 1 ) 】+ k ，p ( 足) + ，1o 、 k d 【已( 七) 一2 e ( k 一1 ) + e ( k 一2 ) 】 。 式中k p 、k ，、k d 分别为比例、积分、微分系数。 n r s c h o t t 博士 1 1 在7 0 年代初期第一个对挤出压力的动态行为进行了 实验研究，其中，挤出机螺杆直径为4 4 4 m m ，长径比为2 4 ：1 ，螺杆速度阶跃为 2 0 r p m ，即从4 0 r p m 升高到6 0 r p m ，他给出了挤出压力对螺杆转速的传递函数模 4 图1 - 3 熔体温度串级控制原理图 f i g 1 3c a s c a d el o o pf o ras t o c kt e m p e r a t u r ec o n t r o l 1 2 2 2 时间序列建模与统计控制研究 时间序列分析是概率统计学中一个内容十分丰富的重要分支，时间序列统计 分析着重研究具有绝对连续谱分布的平稳过程，即线性过程。最常用的处理手段 是用有限阶的线性模型去拟合这种数据，确切地说，是寻找一个具有适当阶数的 a r m a 模型去近似地描述这种数据。a r m a 模型为一随机差分方程模型，a r m a 模型 统计分析的主要理论基础是线性过程的理论。a r m a 模型是一种自回归滑动平均 混合模型，模型a r m a ( p ，q ) 数学表达式如下： 乏= 仍乏一i + + 缈p 乏一p + 口f 一只口卜l 一一吃口卜口 5 华南理工大学博士学何论文 或： 妒( b ) 乏= o ( b ) a ， 式中以b ) 、o ( b ) 分别为p 阶自回归算子和q 阶滑动平均算子，分别定义为： 认b ) = 1 一仍b 一9 2 8 2 一一矿。b p o ( b ) = 1 一0 1 b 一幺b 2 一一眈曰9 7 0 年代中期，j p a r n a b y 1 1 第一个发表了采用时间序列分析方法研究挤 出机控制的论文，其研究实验装置采用3 8 m m 的螺杆直径，长径比为1 7 ：l ，挤 出物料为l d p e ，平均螺杆转速为1 8 r p m 。他给出了模头熔体温度以及模头压力对 螺杆转速的时间序列模型，分别为： ，( 0 3 2 4 8 + 0 1 0 7 8 z 一一0 0 9 3 7 z 吨， 1f 一了_ = 丁= 五一u 卜1 ( 1 + 0 4 3 9 8 z 一0 2 1 5 5 z 。) ( 1 + 0 3 3 4 3 z - l 一0 2 9 4 9 z 一2 ) + 二( 1 - 0 5 5 4 0 z - 1 + 0 4 4 9 9 z 一- 2 ) 口r 2慧(01072-00093z-1)虬 okv10 5 2 8 6 z 05 1 9 8 z l-p02 8 7 6 ( 1 一 叫+ - z ) ( 1 + z 叫) f 1 0 5 8 7 9 z 。1 式中，a 为零均值白噪声，该过程的采样周期为1 2 5 s ，压力的最小时间常 数为5 s ，温度的最小时间常数为l o o s 。 此外，m h c o s t i n 8 也进行了这方面的研究工作，他的实验装置为3 8 m m 直径，2 4 ：1 长径比的螺杆挤出机，通过螺杆转速阶跃响应得到压力时间常数为 o 2 s ，温度时间常数为2 0 s 。 1 2 2 3 现代控制方法研究 进入到9 0 年代，人们开始采用现代控制理论的方法对塑料加工过程料筒壁 温控制进行了研究，其中，加拿大的r i c k e yd u b a y ，a d a mc b e l l ，和y a s hp g u p t a 2 2 等人采用模型预测控制( m p c ) 算法建立了料筒各段温度控制的多输入 多输出模型，并进行了仿真研究。 台湾的c h i n g c h i ht s a i 和c h i h u a n gl u 2 3 采用广义预测控制算法( g p c ) ， 建立了基于d s p 的料筒壁温多变量控制系统。他们依据能量平衡方程建立了加热 过程的多变量数学模型，其物理模型如图卜4 所示： 6 c 2 d y 2 0 ) = k 2 而( t ) 一 y 2 ( f ) 一y 3 ( f ) 】尺3 2 一 y 2 0 ) 一y l ( t ) j r 2 l f y 2 ( ，) 一y o ( t ) j r 2 0 d t + 占2 ( t ) d t c 3 d y 3 ( f ) = k 3 瓦( f ) 一【y 3 0 ) 一y 4 ( f ) 】尺4 3 一【y 3 ( f ) 一y 2 ( f ) 】r 3 2 一【y 3 ( f ) 一y o ( f ) 】尺3 0 d t + 占3 ( t ) d t c 4 d y 4 0 ) = k 4 瓦( f ) 一【y 4 ( f ) 一y 3 ( f ) 】尺4 3 一【) ，4 0 ) 一y o ( t ) l r 4 0 d t + e 4 ( t ) d t 式中y ；( i = 1 ，2 ，3 ，4 ，) 表示第i 段加热区的温度，u i ( t ) ( i = 1 ，2 ，3