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PID法在注塑加工自动化控制领域的研究进展

更新时间:2009-03-28

热塑性塑料的种类繁多,可用于日常生活、车用部件、医疗设备、建筑、军工、航空航天等领域[1-3]。通常,热塑性塑料制件是通过注塑的方法进行加工的,因此,加工工艺参数在很大程度上影响制件的性能,翘曲变形和尺寸收缩的程度,以及气孔和空穴等缺陷的多少和分布情况[4-6]

综合以上工况组合并考虑新老路基和路面结构层的安全系数,将该新老路基的差异沉降控制标准值减小至0.5%,此时对应的处理方案如表4所示。

帧内编码RS码的编码率RRS能够根据当前链路帧内误比特率Pb进行调整,才能最大程度减小帧内编码带来的冗余,从而最大限度提升吞吐率.经过大量实验得到帧内误比特率Pb与RS码编码率RRS 的关系图,如图7所示,其中每个点代表的是对应帧内误比特率的数据帧完全恢复所对应的最大编码率.将此关系进行最小二乘法线性拟合得到公式4,建立了帧内误比特率与RS码编码率之间的数学关系.

为了保障注塑制件具有较高的质量和应用性能,除了对工艺进行优化外,对加工过程进行精准监控也是一个重要的环节。比例积分微分(PID)法常用于塑料注塑加工的工艺参数监控,而且这一方法的响应速率较快[7-8]。PID法能够对系统传递的函数进行快速修正,跟踪函数变化,消除超调和稳态误差。其中,P为比例单元,起放大作用,对系统进行基础调节;I为积分单元,主要负责消除稳态误差,但会在一定程度上增加超调;D为微分单元,可以加快系统的响应速率,有利于降低超调。PID法控制能够有效提高系统响应速率,缩短过渡时间,使系统进入稳定状态。近年来,对PID法的优化成为工业生产和学术研究的重点,通过与模糊法相结合,或加入调节因子,不仅可以提高PID法的响应速率,还能提高PID法的控制精度[9-10]。在PID法的调控下,可以制备性能和质量优异的注塑制件。本文综述了近年来PID法及改进PID法在注塑工艺参数方面的研究进展,并介绍了PID法监控下所得注塑制件的性能和质量。

1 PID法对温度参数的监控

加工温度是影响塑料制件性能和质量的重要参数。若注塑机的料筒或喷嘴温度过高,容易导致原料炭化,或黏结于注塑机内壁,会造成制件尺寸精度和外观质量下降,缺陷增多,注塑机破损等;而温度过低又不能使原料完全熔融,影响聚合物熔体的流动性和内应力,也会使制件产生翘曲变形和尺寸收缩等缺陷,或者在制件内部产生气孔或微裂纹等缺陷,从而导致制件的尺寸和使用性能达不到标准。因此,对料筒和喷嘴等部件进行精准的温度控制,尽量降低温度超调现象和稳态偏差,是制备外观、尺寸和应用性能都符合标准的高品质塑料制件的前提。另外,温度控制过程还涉及到对升温速率的控制,较高的升温速率容易产生超调现象,并且使聚合物熔体的内应力来不及释放,较低的升温速率虽会提高温度控制的稳定性,但增加了生产成本。因此,每种聚合物原料都需要合适的升温速率,而对升温速率的精准控制也是制备高质量注塑制件的保障。

(2) 本文所选取的几个指标比较合理,但根据传统的规划手法,所选取的车站600 m服务半径显得缺少针对性。就本文的实例来说,天津地铁1号线在城市中心区的车站服务半径小于600 m,而在城市外围地区,车站服务半径则大于600 m。下一步,将结合实际调查,对车站的直接服务范围做具体分析,试图找到一定的规律。

(3)由于半参数估计模型能够兼顾“参数”和“非参数” 2类因素,因此能得到较为准确的估计量,且采用半参模型的解算方法比传统最小二乘法精度更高。

1.1 模糊PID法对温度的监控

模糊PID法的动态特性和稳态特性均具有较高的精度,能够应用于各种材料注塑加工过程中温度参数的监控,全面地对注塑机料筒升温速率、温度超调、稳态偏差等进行控制,在注塑机料筒温控设备的升级改造以及注塑工艺优化方面具有广阔的应用前景。

许晨嘉[11]对比了传统PID法和模糊PID法对料筒温度控制的精度。将注塑机料筒分为4个加热段,1~4段设定目标温度分别为255.0,255.0,255.0,230.0 ℃。以传统PID法进行温度监控时,1~4段料筒温度的超调量分别为1.8,1.5,0.9,4.5℃,稳态偏差分别为0.4,1.2,1.0,2.0 ℃;而以模糊PID法监控时,1~4段料筒温度的超调量分别为0.8,0.6,1.2,3.0 ℃,稳态偏差分别为0.3,0.3,0.5,1.6 ℃。张春光[12]对比了传统PID法和模糊PID法对料筒温度进行监控的相关性能。当料筒设定温度为200.0 ℃,采用传统PID法监控时,达到目标温度的时间为2 000 s,加热过程中温度超调量高达2.0 ℃,稳态偏差为10.0 ℃;而采用模糊PID法监控时,达到目标温度的时间也为2 000 s,但未出现温度超调现象,稳态偏差为7.0 ℃,分别较传统PID法低2.0,3.0 ℃。王乐[13]利用模糊PID法对注塑机料筒温度进行了监控。当设定温度为50.0℃,采用模糊PID法监控达到目标温度的时间为746 s,进入稳态后稳定时间为864 s,加热过程中温度超调量为3.0 ℃,稳态偏差为1.5 ℃;而采用传统PID法监控时达到目标温度的时间为821 s,进入稳态后稳定时间为1 041 s,加热过程中温度超调量为5.0 ℃,稳态偏差为3.0 ℃。当设定温度为70.0 ℃,采用模糊PID法监控时达到目标温度的时间为872 s,进入稳态后稳定时间为1 311 s,加热过程中温度超调量为4.0 ℃,稳态偏差为2.0 ℃;而采用传统PID法监控时达到目标温度的时间为967 s,进入稳态后稳定时间为1 874 s,加热过程中温度超调量为6.0 ℃,稳态偏差为3.0 ℃。无论是加热时间和稳定时间,还是温度超调量和稳态偏差,模糊PID法明显优于传统PID法。陶西孟等[14]利用模糊PID法对注塑机料筒进行3~6段加热监控,结果表明:当料筒设定温度为280.0 ℃时,采用传统PID法监控时,温度超调量为13.0 ℃,稳态偏差为7.8 ℃;而采用模糊PID法时,温度超调量仅为3.0℃,稳态偏差仅为1.1 ℃。当料筒设定温度为380.0℃时,采用传统PID法监控时,温度超调量和稳态偏差分别为10.0,5.8 ℃;采用模糊PID法时,温度超调量和稳态偏差则降低至3.0,0.2 ℃。因此,模糊PID法对温度的分段监控精度更高。侯照君[15]利用模糊PID法对德国BOY公司生产的BOY12A型精密注塑机的料筒温度进行了监控。与注塑机自身带有的温度控制器相比,模糊PID控制器对温度的控制精度更高,稳态偏差仅为0.5 ℃,约为BOY12A型精密注塑机自带温控器的50%;且模糊PID控制器的加热时间更短,较BOY12A型精密注塑机自带温控器的加热时间短约40 s。

模糊PID法综合了模糊法和PID法的优点,覃强[16]在对注塑机料筒温度进行控制过程中,加热过程采用模糊PID法,保温过程采用PID法,不仅具有了温度响应速率,还提高了料筒温度的控制精度。当料筒温度设定为200.0 ℃时,采用传统PID法监控时温度的响应速率较快,在2 000 s时便达到设定温度,但存在超调现象,超调量约为2.0℃,且在人工加入干扰后稳态偏差高达6.0 ℃;采用模糊法监控时,虽未出现温度超调现象,且稳态偏差降低至5.0 ℃,但其温度响应速率较慢,达到稳态时间长达6 000 s;而采用模糊PID法进行温度监控时,温度响应速率较快,且温度监控精度也较高,料筒达到目标温度的时间为2 000 s,且加热过程中不存在超调现象,稳态偏差也仅为4.0 ℃。邹戈[17]也利用模糊PID法对注塑机的料筒温度进行了监控,并在不同条件下制备了一系列麦秆增强的复合材料。当料筒设定温度为175.0,180.0,185.0,190.0,195.0,200.0,205.0,210.0 ℃时,制备的复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为7.44,8.84,8.43,8.33,7.86,8.63,7.53,7.34 MPa和10.23,13.53,13.12,12.33,11.32,13.21,11.06,10.87 kJ/m2;拉伸强度与模拟值的偏差仅为2%~9%,冲击强度与模拟值偏差仅为2%~5%。

1.2 自适应模糊PID法对温度的监控

[6] 高晓康,齐从谦,施雨辰,等. 工艺参数对注塑成型质量影响的粗糙集分析[J]. 塑料工业,2007,35(2):26-28.

塑料注塑加工过程中,需要将物料逐步地加热到设定温度,从而改善聚合物熔体的流动性能,降低熔体的内应力,因此,需要对料筒温度进行分段控制。罗帆等[23]提出了一种自适应模糊PID法,并对注塑机料筒和喷嘴进行了分段控温。当喷嘴目标设定温度为220.0 ℃,1~4段料筒温度分别为245.0,245.0,245.0,220.0 ℃时,采用模糊PID法监控时喷嘴温度的超调量为2.6 ℃,加热时间为30 min,而1~4段料筒温度的超调量分别为2.0,0.8,0.9,5.6 ℃,加热时间分别为28,28,28,30 min;采用自适应模糊PID法对喷嘴和料筒温度进行监控时,同样条件下喷嘴温度的超调量仅为0.9 ℃,加热时间为22 min,1~4段料筒温度的超调量分别为0.8,1.5,0.9,4.5 ℃,加热时间分别为20,20,20,22 min。与模糊PID法相比,利用自适应模糊PID法对注塑机料筒和喷嘴进行温度控制,不仅温度超调明显降低,各部位的加热速率也得到提升。宁璀等[24]利用带有遗忘因子的递推最小二乘法对模糊PID法进行改进,使改进的模糊PID法具有自适应性,并将其应用到具有4段加热区间的注塑机料筒温度控制中。当1~4段的设定温度分别为180.0,190.0,190.0,190.0 ℃时,自适应性模糊PID法的温度响应速率更快,并且对料筒温度监控的精度更高,1~4段达到目标温度的时间均为800 s左右,温度超调量控制在2.0 ℃以内,稳态偏差几乎为0 ℃;而采用模糊PID法时,1~4段的温度超调量高达10.0~12.0 ℃,稳态偏差也高于1.0 ℃。

2 PID法对电液系统的监控

除温度外,注塑过程中的注射压力、注射速率、保压压力和保压时间等也影响制件的外观和性能。注射速率决定了聚合物熔体在料筒中的流动速率,进而影响到聚合物熔体内应力的释放,过快或过慢的注射速率均会导致聚合物熔体内残留内应力升高,从而使注塑制件产生翘曲变形等缺陷;保压过程是防止聚合物熔体在模具内冷却后发生尺寸收缩,因此在冷却过程中继续向模具中注射物料,从而保证制件质量。故合适的保压压力和保压时间能够保证制件尺寸精度,防止制件发生尺寸收缩和翘曲变形。

首先,每篇开场白第一段中的话题都跟本场辩论拟解决的问题相关。Yoni Cohen-Idov用五句话(五个话题和一个从属话题)阐述了本场辩论的总话题(禁止录像监控)拟解决的问题,即北京及其它城市都面临着扩大录像监控范围和规模的问题。

塑料在注塑成型过程中的保压过程通常分为几个阶段,且各阶段的保压压力也不同,需要阶跃变化。刘惠[31]设定了3段保压,保压压力分别为5.0,8.0,5.0 MPa,并模拟监控注塑机保压的阶跃过程。研究发现,采用自适应模糊PID法监控时,当保压压力由5.0 MPa阶跃至8.0 MPa时,上升时间为450 ms,超调量为21.8%,稳态偏差仅为2%;而由8.0 MPa阶跃至5.0 MPa时,上升时间为520 ms,超调量为18.5%,稳态偏差也控制在2%以内。与传统PID法相比,该自适应模糊PID法响应时间缩短了40 ms左右,超调量降低了8%~10%。彭华[32]以宁波海天塑机集团有限公司生产的MA900型注塑机为模型,利用模糊PID法监控其电液系统。当电机转速为1 000 r/min,注射压力为8 MPa,3段保压压力分别为5,3,1 MPa,保压时间为1 s时,电机响应时间仅为30 ms,几乎不存在超调现象和稳态偏差;注射过程和保压过程中压力变化曲线几乎与设定曲线完全吻合,无超调现象,稳态误差亦可忽略不计;保压过程降压响应速率快,均在100 ms内完成,误差为18 ms。利用模糊PID法对优化后的注塑工艺(注射压力为6.0 MPa,分5段保压,保压压力分别为2.0,4.0,6.0,4.0,2.0 MPa)进行监控,并制备了圆片型塑料制件。十组塑料制件的平均质量为11.250 g,均方差仅为0.001 g,最大质量和最小质量分别为11.300,11.210 g,平均误差仅为0.430 g。蔡侃[33]以MA900型注塑机为模型,利用码分多址神经网络与PID法相互结合对保压压力和保压时间进行监控。注塑过程中,保压过程分为5个阶段,保压压力分别2,4,6,4,2 MPa,保压时间均为2 s。压力上升阶段,改进的PID法未出现压力超调现象,恒压阶段静态偏差仅为0.02 MPa,降压阶段压力超调仅为8%,均低于传统PID法;升压阶段和降压阶段的延长时间分别为0.07,0.08 s,低于传统PID法。利用该方法控制圆片形塑料制件的注塑保压阶段,制备的塑料制件边缘圆滑,边沿无飞边,浇口处无物料溢出。

adcresulta0[SampleCount-1]=adc[0]; //将ADCINA0数据存入数组adcresulta0[]中

3 结语

PID法的响应速率较快,可用于注塑加工过程中温度、位移、压力等工艺参数的监控。与传统PID法相比,模糊PID法以及添加了调节因子的自适应模糊PID法对各参数监控的精度更高,并且响应速率更快,能够对料筒温度、喷嘴温度、电液系统中的位置控制系统、力控制系统、传动伺服系统以及油温等进行精确控制。通过对PID法的优化,能够赋予PID法自适应性、在线修正性等更优异的性能,在未来塑料加工领域将有广泛的应用,并且对注塑加工工艺的优化也具有指导意义。

4 参考文献

南部帮浦东段矿区发现的F1、F2,走向近EW,F1、F2是热液充填型高品位铅锌矿体的主要赋存部位,F11、F12及F13则是产于岩体内的次级断裂。北部笛给矿区总体构造格架为一系列的向南倒转的复式背向斜组合,背斜主要构造线走向近EW,向斜相对开阔舒展而背斜往往紧闭,岩层产状多陡倾。其中矿区中部发育一条背斜,走向近EW向,贯穿于整个矿区,核部地层为典中组凝灰岩,两翼岩层倾角均呈陡倾状,区内复式向斜南部和北部有多个由古近系典中组火山岩组成的较大的向斜盆地构造,中间为由二叠系旁那组片岩组成的次级背斜。铅锌矿体产于南部两个较大的倒转向斜盆地南翼凝灰岩中近EW向断裂中。

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按照氢氧同位素的高程效应原理,δD值随着地下水补给高程的增大而减小[20-22],根据东汤地热田地热流体δD值变化来计算地热流体的补给高程,初步推断其可能补给区域,补给高程计算公式如下:

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注塑机的电液系统是决定上述参数的主要部件,对电液系统中位置控制系统、力控制系统、传动伺服系统的有效控制是实现对上述工艺参数控制的手段[25]。其中,电液系统的位置控制系统主要影响注塑加工的注射过程,力控制系统则主要影响注塑加工的保压过程,传动伺服系统影响注射速率和开合模过程。杨瑞[26]利用PID法对注塑机电液系统中的位置控制系统和力控制系统进行了监控。当位移为4 mm,电液力为1.5 kN时,采用PID法监控时,位置控制系统的上升时间和稳态时间分别为0.14,0.57 s,超调量和稳态偏差分别为2.7%和0.30%;力控制系统的上升时间和稳态时间分别为0.146,0.560 s,超调量和稳态偏差分别为2.5%,0.24%。随后在传统PID法中加入了4个调节因子,开发了一种自适应模糊PID法,这种方法对电液系统的监控精度更高,响应时间更短。当位移为4 mm,电液力为1.5 kN,采用自适应模糊PID法监控时,位置控制系统的上升时间和稳态时间分别为0.12,0.46 s,超调量和稳态偏差分别为0.8%,0.06%;力控制系统的上升时间和稳态时间分别为0.12,0.45 s,超调量和稳态偏差分别为0.4%,0.10%。徐晖[27]利用自适应模糊PID法监控注射过程和保压过程。当位置控制系统的位移为1 mm时,超调量仅为0.05 mm,上升时间为12.5 s,稳态时间为100 ms;当力控制系统的电液力设定为1.0 kN时,稳态偏差仅为0.01%。对位置控制系统和力控制系统进行交叉监控,预设位移为10 mm,电液力为4.5 kN时,该方法监控的响应速率较快,上升时间和稳定时间分别为0.14,0.28 s;监控精度较高,超调量和稳态偏差分别为0.1%和0.09%。潘华彬[28]在模糊PID控制方法的算法中添加了自调整因子、修正函数和智能权函数,开发了一种可以实现在线修正的自适应模糊PID法,并将其用于注塑机电液系统中位置控制系统和力控制系统的监控。当位移为1 mm,电液力为1.0 kN时,位移上升时间为0.178 s,超调量为0.9%,稳态误差为0.3%,电液力上升时间为0.16 s,超调量仅为1.6%,稳态偏差仅为0.2%。在响应速率和控制精度方面,该自适应模糊PID法均优于传统PID法和模糊PID法。徐锋等[29]利用自适应模糊PID法对震雄集团有限公司生产的JM128MK型注塑机电液系统的油温进行了监控。设定基本参数为:油温50 ℃,供油压力10 MPa,最大供油量135 L/min,最大流水量 25 m3/h。当利用自适应模糊PID法进行监控时,油温达到目标温度仅需500 s,静态偏差低至1.0 ℃。注塑机的合模过程是由电液系统中的传动伺服系统所决定的,许建[30]利用自适应模糊PID法监控注塑机的开合模过程。注塑机的模板行程为220 mm,合模开始速度为90.0 mm/s,中间行程加速至300.0 mm/s,保护阶段再降至30.0 mm/s。在速度由0上升至90.0 mm/s时,超调量仅为1.3 mm/s,并且在0.1 s后进入稳态;速度由90.0 mm/s切换至300.0 mm/s时,切换时间仅为0.3 s,且在0.1 s后进入稳态,超调量为2.7 mm/s;在速度切换过程中未出现失控和撞击现象,并且超调量均在2%以内。这说明该自适应模糊PID法是一种可应用到电液系统监控,响应快、精度高的控制方法。

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模糊PID法对料筒温度控制较为精准,但其规则库对加工原料及注塑机料筒的种类依赖性较大。王平江等[18]发现,自适应模糊PID法可有效解决模糊PID法这些缺陷,并实现规则自适应性的在线修正。利用这一方法监控“华中8型”数控全电注塑机的料筒温度,当料筒设定温度为190.0 ℃时,利用该方法进行升温监控时,升温时间为800 s,升温过程中未观测到温度超调现象,升温过程结束后,稳态震荡现象在2 200 s内消失,稳态偏差仅为±1.5 ℃。张鹏飞等[19]对比了具有自适应性的模糊PID法与传统PID法在注塑机料筒温度监控中的相关性能。当料筒设定温度为200.0 ℃时,采用前者监控料筒达到目标温度的时间为1 900 s,后者为3 500 s;前者的温度超调量和稳态偏差分别为5.0,6.0 ℃,后者为24.0,20.0 ℃。无论在加热效率,还是在温控精度方面,自适应模糊PID法均优于传统PID法。朱珠[20]对比了传统PID法、模糊PID法以及自适应模糊PID法对注塑机料筒温度的监控性能。当料筒设定温度为240.0 ℃时,传统PID法在料筒加热过程中温度超调量约为5.0 ℃,稳态偏差约为2.0 ℃;模糊PID法的温度超调量约为1.7 ℃,稳态偏差约为1.4 ℃;自适应模糊PID法的温度控制精度明显高于前两者,加热过程中的温度超调量仅为1.0 ℃,而进入稳态后的稳态偏差仅为0.5 ℃。周锡恩等[21]利用自适应模糊PID法对料筒温度进行了监控,并且应用于混色混料的注塑加工中。当料筒设定温度为160.0 ℃时,自适应模糊PID法可以在加热时间仅为150 s的条件下,将温度超调控制在20.0 ℃以内,并且温度达到稳态以后未出现震荡现象,极为精确地对温度进行了控制。张鹏等[22]报道了利用自适应模糊PID法对料筒温度进行监控的相关研究成果。当料筒设定温度为200.0 ℃时,采用自适应模糊PID法监控时,注塑机料筒升温时间和进入稳态后料筒调整时间分别为342,1 105 s,与传统PID法相比,升温时间无明显变化,但进入稳态后的调整时间缩短了72 s;采用自适应模糊PID法监控时,温度超调量和稳态偏差分别为7.5,0.2 ℃,较传统PID法分别低4.5,0.5 ℃。在自适应模糊PID法基础上对算法进行改进,开发了一种基于变论域的自适应模糊PID法,可将加热时间和稳态调整时间缩短,且温度超调量和稳态偏差也得到降低:注塑机料筒升温时间和进入稳态后料筒调整时间分别为337,973 s,温度超调量和稳态偏差分别为5.0,0 ℃。这种自适应模糊PID法具有一定的前瞻性,在塑料注塑加工中料筒温度参数监控方面具有指导作用。

“中国市场作为全球农业市场的核心之一,受到了西班牙海拉的高度关注,积极将优质产品和技术服务中国农业。”西班牙海拉公司出口部经理Antonio Arres表示,为满足中国市场的需求,西班牙海拉已提前做好了产能准备,今后将携手瑞丰生态,在技术、产品、品牌等多方面继续深度合作,将优质产品与种植理念与中国市场相融合。

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现有营销传播工具在感官信息传播能力上的局限是导致目的地感官营销缺维的重要原因,因此寻找到各种感官的有效传播媒介,特别是解决嗅觉、味觉和触觉感官信息难以传递的问题,应当是目的地感官营销研究首先要解决的问题。目的地营销研究需要从感官上进行维度的拓展,积极寻找感官信息的多样化载体,检验其传播的效率和效果、评估其营销价值,为目的地营销者提供更多可选用的感官营销工具,为目的地感官营销实践提供理论指导。

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低压配电网的服务范围又得进一步的变小。由于具有较强的针对性,它的建设相比其他两种显得较为简单。但是,安全性和可靠程度确实更加重要。应对某些地区住户较少分布零散的状况,考虑到能源的节约,低压配电网成为了不错的选择。当然,农村和小城镇的低压配电网方式稍有不同,考虑到人群和需求的差异化,不同系统适合于不同地区。

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采取目的抽样法,选取2016年1月—2016年6月在我院神经科住院或已康复出院的9例清醒后颅脑损伤昏迷病人为研究对象。纳入标准:①意识清楚,能用文字或语言表达自己的想法;②昏迷期间病人接受过呼唤护理治疗;③年龄≥16岁;④清醒后1个月至半年;⑤自愿接受访谈,且受访者身体状况允许受访。排除标准:有精神心理疾病史及语言、理解能力障碍的病人。受访者基本情况见表1。

[28] 潘华彬. 模糊自整定PID控制在压注机电液控制系统中的应用研究[D]. 哈尔滨:哈尔滨工业大学,2011.

[29] 徐锋,楼平,林海波. 基于模糊策略的液压系统油温自适应PID控制[J]. 高技术通讯,2016,26(1):30-36.

[30] 许建. 液压传动伺服系统控制算法的研究与应用[D]. 济南:山东大学,2008.

[31] 刘惠. 注塑保压过程的变参数PID控制方法[D]. 杭州:浙江大学,2016.

[32] 彭华. 注塑机电液复合液压系统设计及控制技术研究[D].杭州:浙江大学,2011.

[33] 蔡侃. 基于制品质量的注塑成型过程控制研究[D]. 杭州:浙江大学,2012.

 
宋瑞娟,张进治
《合成树脂及塑料》 2018年第02期
《合成树脂及塑料》2018年第02期文献

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