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随着饮料、化妆品、医药、农药等行业的飞速发展,国内外对PET(化学名为聚对苯二甲酸乙二醇酯)瓶的需求量越来越大。然而目前国内生产PET瓶的吹塑设备基本是进口产品的天下,特别是在高速和大容积产品的生产上,国产设备还无法抗衡。进口产品因其成本高,不适应我国国情,开发适合我国现状的吹灌旋一体机成为目前研究的一个重要课题。本研究课题是“基于内模控制的高速PET吹瓶机加热炉温度控制系统的研究”,依托广州达意隆包装机械股份有限公司的吹灌旋一体机CPXX22,通过对其主要部件加热炉的研究,以期研制出一套可靠性高、成本低、体积小的控制器,用于控制吹瓶机加热炉中的各种设备,使其快速、准确地对PET瓶坯进行加热,便于后续包装工艺的顺利进行。
本文遵循硬件设计流程,设计出炉温控制器的硬件部分。从需求分析开始,整理出电路要设计的基本功能模块;选定以ARM和FPGA为核心的控制系统硬件设计方案;再具体进行各个功能模块的电路设计,在设计过程中采用了许多硬件设计的抗干扰措施。介绍了高速PET吹瓶机加热炉的基本结构和加热过程,在此基础之上,提出了加热炉炉温的数学模型,经过分析,忽略了两个对整个加热过程影响较小的因素,再根据热力学方程确定了模型的参数。对吹瓶机加热炉温度控制算法进行研究,充分发挥PID控制和内模控制二者的优点,全新设计了基于全极点逼近的内模PID控制器,这能比泰勒公式逼近,对称一阶Pade逼近和非对称二阶Pade近似获得更好的阶跃响应特性,更加良好的抗干扰能力和鲁棒性;所设计的内模PID控制器在吹瓶机加热炉温度控制上,与传统PID整定方法相比具有更好的控制效果。本研究为吹灌旋一体机温度控制系统的设计提供了理论依据,控制器硬件电路的设计也为后续的研发工作奠定了基础,具有一定参考价值。