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第一章　注射机控制系统概述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）注射机的技术水平及发展趋势1

（二）精密注射技术水平及发展趋势2

（三）电动注射机的技术水平及发展趋势4

二、未来的发展展望8

第二节　国内外注射机控制系统简介10

第三节　注射机的工作过程11

一、注射机结构及原理12

二、注射机主要动作12

第二章 注射成型基本参数及注射机组成14

第一节　注射部分主要性能参数14

一、注射量14

（一）注射容积14

（二）注射质量15

二、注射压力16

三、注射速率18

四、注射功及注射功率19

五、塑化能力与回复率19

（一）螺杆塑化能力计算19

（二）回复率21

第二节　合模力性能参数21

第三节　注塑工艺程序控制流程23

一、注射机的组成23

（一）注射机液压油路系统26

（二）合模系统28

（三）注射系统、射台移动系统29

（四）电气控制系统30

（五）冷却系统35

（六）安全保护与监测系统35

二、注塑工艺周期与工作循环35

（一）注塑工艺35

（二）注射充模过程43

三、精密注射机的特点45

（一）技术参数方面的特点45

（二）精密注射机在控制方面的特点46

（三）精密注射机的液压系统47

（四）精密注射机结构特点47

（五）注射参数的检测与调节47

第三章 自动控制系统基础49

第一节　名词术语及其定义49

第二节　闭环控制和开环控制50

第三节　控制系统的结构和设计原则53

一、控制系统的基本结构53

二、控制系统的设计原则54

（一）对控制系统的一般要求54

（二）控制系统设计中的基本问题54

（三）分析55

（四）设计55

（五）综合55

（六）控制系统设计的基本方法55

三、控制系统性能指标描述56

（一）随动控制系统性能指标56

（二）定值控制系统的性能指标56

（三）控制系统的描述57

第四节 自动控制系统的传递函数及性能指标58

一、系统开环传递函数58

二、r（t）输入作用下系统的闭环传递函数58

三、n（t）干扰作用下系统的闭环传递函数59

四、系统的总输出59

五、闭环系统的误差传递函数59

（一）r（t）作用下系统的误差传递函数59

（二）n（t）作用下系统的误差传递函数60

（三）系统的总误差60

六、降低系统稳态误差的方法60

七、二阶系统的瞬态响应性能指标61

八、高阶系统的瞬态响应分析62

第五节　采样控制系统62

一、信号的采样与保持62

二、离散系统的差分方程63

三、z变换63

四、脉冲传递函数64

五、离散系统的分析65

六、离散系统的综合设计66

第六节　数字PID控制算法66

一、二阶连续模拟PID调节器66

（一）比例调节器67

（二）比例积分调节器67

（三）比例积分微分调节器68

二、数字PID控制算法68

三、离散PID控制算法70

四、对标准PID算法的改进71

（一）“饱和”作用的抑制71

（二）干扰的抑制74

（三）其他修改算法76

（四）PID调节器参数选择77

（五）凑试法确定PID调节参数78

（六）实验经验法确定PID调节参数79

（七）采样周期的选择80

第七节　完全微分型和不完全微分型的PID控制算法比较82

一、完全微分型算式82

二、不完全微分型算式83

三、两类算式的比较85

四、编制控制算式子程序框图的几点说明87

（一）抗积分饱和与限幅87

（二）减少计算次数87

（三）防止积分极限环的产生87

（四）存储数据87

第四章 注射机电控系统88

第一节　注射机电控系统组成88

一、电动机控制部分88

二、注射机动作顺序控制部分89

三、注射机螺杆筒温度控制部分90

第二节　液压油温度智能自适应控制93

第三节　射胶液压闭环控制及p-V-T控制95

第四节　注射机可编程控制器的原理与设计103

一、PLC的组成及原理104

二、PLC的选用和程序设计104

三、PLC的维修与故障排除106

四、PLC的安装与保养107

第五节 可编程控制器注射机电控装置实例108

第六节　计算机在注射机上的应用125

一、微机控制器126

（一）组成及原理127

（二）微机控制器的设计127

（三）维修与故障排除130

（四）安装与保养131

二、微机控制系统与PLC比较131

第七节　自动调校锁模参数132

一、锁模力测量132

二、自动调校锁模参数的获得133

三、自动调校锁模程序设计135

第五章 注射机常用检测传感器和放大电路136

第一节　热电偶温度计136

一、热电效应及热电偶136

二、热电偶在测温中的设备误差及其补偿141

三、接触式测温误差分析144

四、接触式测温的使用范围147

五、常用的标准型热电偶147

六、标准型热电偶的分度表148

第二节 传感器信号环流变送放大器AD693集成电路应用150

第三节　轴转角数字编码器原理155

一、绝对式编码器155

二、增量式编码器156

三、光学编码器转动方向检测原理157

四、编码器电路159

五、光学轴编码器电路应用160

第四节　光栅电子尺162

一、特点及分类163

二、光栅的应用164

第五节　感应同步器165

一、特点及分类165

二、感应同步器的几种用法165

三、感应同步器的误差及技术指标166

第六节　直流测速发电机167

一、工作原理及分类167

二、直流测速发电机的应用168

三、直流测速发电机的技术数据168

第七节　光电数字检测器169

一、光电管门限电路170

二、光电数字转速检测器170

第八节　磁电式转速计171

第六章 注射机变频技术173

第一节　注射机变频的优点174

第二节　注射机变频节能原理175

一、注射机液压系统及其组成175

二、变频电动机在保压、冷却、开模取料工艺阶段节能作用178

三、注射机变频结构组成180

四、前馈比例微分控制数学模型182

五、交流电动机晶闸管交-直-交变频调速装置185

第三节　变频器原理基础193

一、交流调速分类193

（一）间接变换方式（交-直-交变频）194

（二）直接变换方式（交-交变频）195

（三）无换向器电动机调速195

二、脉宽调制逆变器196

（一）概述196

（二）PWM逆变器的工作原理196

（三）PWM逆变器的控制方式198

三、直流交流无源逆变电路201

（一）概述201

（二）交-直-交电压型逆变器202

四、脉冲宽度调制电路205

（一）单极性PWM放大器205

（二）双极性PWM放大器207

五、正弦波SPWM电路210

（一）正弦波SPWM工作原理210

（二）SPWM控制210

（三）同步调制与异步调制212

第四节 变频调速系统的控制方式及其机械特性214

一、恒频恒压时异步电动机的机械特性215

二、恒压频比控制时电动机的机械特性215

三、异步电动机按Temax=C控制方式时的机械特性216

四、恒功率控制方式218

第五节 转速开环、电压闭环恒压频比控制的变频调速系统219

一、给定积分器219

二、绝对值放大器220

三、电压控制环节220

四、频率控制环节220

第六节 异步电动机矢量变换控制系统221

一、矢量变换控制的基本概念221

二、坐标变换和矢量变换222

三、矢量变换控制的异步电动机数学模型225

（一）双轴理论和原型电动机的电压方程225

（二）用α-β轴坐标系描述的异步电动机数学模型227

（三）用M-T轴坐标系描述的异步电动机数学模型228

（四）数学模型中各变量的关系229

（五）两种数学模型的比较231

四、矢量变换控制的变频调速系统231

（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232

（二）转速、磁链闭环控制的电流跟踪型PWM变频调速系统233

第七章　注射成型专家系统235

第一节　专家系统简介237

一、人工智能的发展237

二、专家系统238

三、模糊推理241

四、知识获取245

第二节　注射成型过程及其控制参数246

一、注射过程247

二、冷却过程249

三、熔胶过程249

四、开模及顶针过程250

五、注射成型工艺条件的选择与控制251

第三节　经验规则提取与知识表达253

一、文献回顾254

二、注塑产品缺陷259

三、初始规则的提取260

第四节　注塑材料与过程建模261

一、聚合物的热物理性能261

二、聚合物的流变性能263

三、充模过程简化建模268

第五节　模腔几何形状辨识与分级注射参数自动设定271

一、成型理论272

二、简化模型仿真274

三、实验275

四、确定注射速度分级参数279

第六节　注塑工艺参数的自动设定283

一、引言283

二、数学描述284

三、过程参数的初始化选择286

四、机器参数的初始化设定287

五、消除缺陷的系统结构框图288

六、模糊系统设计290

七、消除缺陷的算法实现295

八、消除注塑制品缺陷的经验规则295

第七节　实验研究298

一、实验方案设计299

二、确定规则强度的实验研究300

三、分级注射位置和注射速度307

四、缺陷消除算法验证310

五、测试结果313

第八节　系统实现313

一、系统结构314

二、系统界面314

三、菜单功能315

第八章 电动注射机322

第一节　国外电动注射机发展概况322

第二节　电动注射机结构323

一、电动式注射机的分类323

二、全电动式注射机主要部件结构324

三、电动式注射机控制系统330

第三节　交流伺服电动机磁通特性335

一、高性能三相永磁同步伺服电动机336

二、三相异步伺服电动机340

三、伺服电动机的选择及评价因素341

四、永磁电动机变频与伺服控制理论343

第四节　交流永磁同步电动机控制算法349

一、交流永磁同步电动机数学模型的建立350

二、磁场定向控制的数学模型351

三、空间矢量脉宽调制354

四、空间矢量PWM波的生成357

第五节　全电动注射机开合模控制360

一、全电动注射机的合模装置概述360

二、全电动注射机合模机构的动力学分析362

三、力学特性分析363

四、双曲肘五支铰式合模机构的几个重要参数364

五、滚珠丝杠选型计算365

六、伺服电动机选型计算366

七、模糊位置控制理论的研究367

第六节　伺服电动机控制器电路设计370

一、强电主回路370

二、基于DSP的主控制板373

第七节　伺服电动机控制器软件设计与仿真实验378

一、伺服电动机控制程序设计378

二、辅助功能模块的程序设计383

三、CAN总线通信程序设计386

四、伺服电动机控制器仿真实验387

五、基于LabView的测量环境和实验台391

六、系统运行参数实测392

第八节 电动注射机中的几个控制方法395

一、电动注射机中的注射压力与注射速度的控制方法395

（一）注射过程各阶段对制品质量的影响395

（二）采用电动注射机对成型质量的影响396

（三）注射速度控制响应398

（四）电动注射机优点400

二、锁模压力控制方法401

三、直流电动机中的限流保护403

四、新型顶出监控原理405

主要参考文献407