【摘要】：聚合物產(chǎn)品在日常生活中隨處可見,而傳統(tǒng)聚合物加工設備的主要構(gòu)件都離不開螺桿,成型過程由剪切力場所支配,普遍存在能耗高、熱加工過程長等缺點。偏心轉(zhuǎn)子擠出設備是新型的聚合物成型裝備,其核心構(gòu)件是定子和轉(zhuǎn)子而非螺桿,偏心轉(zhuǎn)子擠出過程主要依賴于體積拉伸流變作用,能夠有效改變傳統(tǒng)螺桿設備的缺憾。但是正由于偏心轉(zhuǎn)子擠出機的機械結(jié)構(gòu)和成型原理都與傳統(tǒng)的螺桿設備大有不同,所以偏心轉(zhuǎn)子擠出機對溫度控制系統(tǒng)的控制效果需求更高,在避免每個溫區(qū)相互之間的耦合影響同時,還要保證精確的穩(wěn)態(tài)控制。除此之外,溫度也是聚合物加工過程當中極為重要的一項因素,從流動性、拉伸性能、彎曲性能等多個方面影響著聚合物產(chǎn)品的質(zhì)量。因此開發(fā)出具有高控制精度和自整定功能智能溫度控制系統(tǒng)對于偏心轉(zhuǎn)子擠出機的完善和推廣有著重要意義。本文在偏心轉(zhuǎn)子擠出機實體的基礎上,從溫度控制系統(tǒng)方面對其進行研究和設計。硬件方面使用PLC作為下位機主控,熱電偶與PLC的輸入模塊相接反饋溫度信號,PLC的輸出模塊輸出PWM信號,再通過固態(tài)繼電器控制安裝在擠出機定子上的加熱器。下位機利用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)與上位機的信息交互。上位機基于LabVIEW平臺開發(fā),便于人機交互,實現(xiàn)開關控制、報警狀態(tài)提醒、溫度曲線顯示等功能。對熱電偶采集的溫度信號進行濾波處理,通過不同濾波算法對比,卡爾曼濾波算法的濾波效果在使用的算法當中最好。對溫度數(shù)據(jù)進行濾波預處理后,借助MATLAB軟件的系統(tǒng)辨識工具,了解系統(tǒng)的模型特性。針對溫度控制系統(tǒng),設計了神經(jīng)元PID參數(shù)自整定控制器,并通過SIMULINK仿真平臺探討神經(jīng)元PID控制器不同參數(shù)下的控制效果,驗證控制器的可靠性、穩(wěn)定性。通過粒子群優(yōu)化算法,調(diào)整優(yōu)化神經(jīng)元PID算法初始值,減少系統(tǒng)誤差,提高控制效果。最后將所設計的PSO優(yōu)化-神經(jīng)元PID控制器應用在偏心轉(zhuǎn)子擠出機上,進行實機測試。通過穩(wěn)態(tài)響應實驗,體現(xiàn)了所設計的控制器對比傳統(tǒng)算法的優(yōu)越之處,每個溫區(qū)都保持在精確的控制精度之內(nèi);另外設計了不同的擾動實驗,驗證了控制器的可行性、魯棒性。該控制器的提出,不僅是克服了偏心轉(zhuǎn)子擠出過程中多溫度變量耦合的影響,達到穩(wěn)態(tài)控制的目的,而且還對偏心轉(zhuǎn)子擠出過程溫度控制研究方面的匱乏進行彌補。
【圖文】：

華南理工大學碩士學位論文拉伸流變成型加工技術(shù)已應用到實際的產(chǎn)品生產(chǎn)制造當中，并做出了巨大的貢獻，具體例子是高性能薄膜的生產(chǎn)。農(nóng)業(yè)種植經(jīng)常會在播種時期，使用薄膜覆蓋種苗從而達到保溫、保濕的目的。農(nóng)用地膜的大面積使用在我國新疆等地區(qū)十分常見，但是以往所使用的農(nóng)用塑料地膜存在易破碎的現(xiàn)象，殘留的薄膜碎片不僅難以回收再用，而且對土壤環(huán)境也有一定程度的污染。結(jié)合拉伸流變技術(shù)所研制的薄膜產(chǎn)品由于大分子鏈沒有受到破壞，薄膜更為強韌不易損壞，所以在新疆地區(qū)使用該薄膜產(chǎn)品后，基本上實現(xiàn)了農(nóng)用地膜的全回收，既減少了環(huán)境污染又能循環(huán)利用塑料地膜[13]。

分的改性劑發(fā)生降解而影響物流熔融狀態(tài)下的流動性。通常情況下溫度過低，熔融狀態(tài)下物料的粘性強，流動性較差，物料甚至有可能粘結(jié)成塊，不利于物料的遷移運送。溫度過高也未必流動性變好，而且高溫情況下物料有可能發(fā)生分解、碳化，產(chǎn)出的產(chǎn)品不但呈現(xiàn)黑色，而且易斷裂，這種現(xiàn)象在某些含有纖維素的生物質(zhì)材料體現(xiàn)明顯[16-18]。加工溫度的控制對聚合物產(chǎn)品的力學性能也有明顯的影響，譬如圖 1-2（a）當中HDPE/MMT 納米復合材料的拉伸性能隨著加工溫度上升是一個先升后降的變化趨勢[19]。還有圖 1-2（b）當中 PP/Nano-MMT 復合材料的彎曲性能在加工溫度 200℃時候較好，但是無論溫度低于還是高于 200℃，，彎曲性能都會變差[20]。不難看出，想要獲得力學性能優(yōu)良的聚合物產(chǎn)品，往往只有在合適的加工溫度值下才能達到，一旦溫度控制出現(xiàn)波動，都會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。而且很多時候，不單只考慮某一種材料的單獨某項力學性能，還有諸如表面硬度、沖擊性能等多項產(chǎn)品性能。若想獲得綜合性能最優(yōu)的產(chǎn)品，所需的加工溫度往往只能控制在很小的波動范圍之內(nèi)，才能盡可能多地顧及各項力學性能指標。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ315;TP273.5

【參考文獻】

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本文編號：2662979