【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(shè)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(diǎn)。偏心轉(zhuǎn)子擠出設(shè)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(shè)備的缺憾。但是正由于偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和成型原理都與傳統(tǒng)的螺桿設(shè)備大有不同,所以偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)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(dāng)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(jī)的完善和推廣有著重要意義。本文在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)實(shí)體的基礎(chǔ)上,從溫度控制系統(tǒng)方面對其進(jìn)行研究和設(shè)計。硬件方面使用PLC作為下位機(jī)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(jī)定子上的加熱器。下位機(jī)利用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的信息交互。上位機(jī)基于LabVIEW平臺開發(fā),便于人機(jī)交互,實(shí)現(xiàn)開關(guān)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(jìn)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(dāng)中最好。對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波預(yù)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(shè)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(yàn)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(shè)計的PSO優(yōu)化-神經(jīng)元PID控制器應(yīng)用在偏心轉(zhuǎn)子擠出機(jī)上,進(jìn)行實(shí)機(jī)測試。通過穩(wěn)態(tài)響應(yīng)實(shí)驗(yàn),體現(xiàn)了所設(shè)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(shè)計了不同的擾動實(shí)驗(yàn),驗(yàn)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(dá)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(jìn)行彌補(bǔ)。
【圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文拉伸流變成型加工技術(shù)已應(yīng)用到實(shí)際的產(chǎn)品生產(chǎn)制造當(dāng)中，并做出了巨大的貢獻(xiàn)，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(dá)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(qiáng)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(shí)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(qiáng)，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(yùn)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(xué)性能也有明顯的影響，譬如圖 1-2（a）當(dāng)中HDPE/MMT 納米復(fù)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(dāng)中 PP/Nano-MMT 復(fù)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(xué)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(dá)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(dú)某項力學(xué)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(xué)性能指標(biāo)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ315;TP273.5

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2662979