JP3169567B2 - 射出成形機の圧力制御方法および圧力制御装置 - Google Patents
射出成形機の圧力制御方法および圧力制御装置Info
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- JP3169567B2 JP3169567B2 JP06557497A JP6557497A JP3169567B2 JP 3169567 B2 JP3169567 B2 JP 3169567B2 JP 06557497 A JP06557497 A JP 06557497A JP 6557497 A JP6557497 A JP 6557497A JP 3169567 B2 JP3169567 B2 JP 3169567B2
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくともスクリ
ューと、このスクリューを射出方向に駆動する射出用の
モータとを備えた射出成形機の樹脂圧力を制御する、射
出成形機の圧力制御方法およびこの方法の実施に使用さ
れる圧力制御装置に関するものである。
ューと、このスクリューを射出方向に駆動する射出用の
モータとを備えた射出成形機の樹脂圧力を制御する、射
出成形機の圧力制御方法およびこの方法の実施に使用さ
れる圧力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】射出成形機は、文献名を挙げるまでもな
く従来周知で、射出シリンダ、この射出シリンダ内で回
転方向と軸方向とに駆動自在に設けられているスクリュ
ー等から構成されている。そして射出成形機が電動式の
場合は、スクリューを回転駆動する可塑化用の電動モー
タも、軸方向に駆動する射出用の電動モータも共にサー
ボモータから構成されている。
く従来周知で、射出シリンダ、この射出シリンダ内で回
転方向と軸方向とに駆動自在に設けられているスクリュ
ー等から構成されている。そして射出成形機が電動式の
場合は、スクリューを回転駆動する可塑化用の電動モー
タも、軸方向に駆動する射出用の電動モータも共にサー
ボモータから構成されている。
【０００３】このような電動射出成形機の具体例を、図
２によりさらに詳しく説明する。電動射出成形機は、可
塑化用の電動モータ１と射出用の電動モータ２とを備え
ている。そして、可塑化用の電動モータ１の出力軸に
は、駆動軸６が接合されている。駆動軸６は中間プレー
ト７のスラストおよびラジアル軸受に軸受けされ、そし
て、射出シリンダ３内で回転方向と軸方向とに駆動され
るスクリュー８に接続されている。射出用の電動モータ
２の出力軸には、カップリングを介してボールネジ９が
接合され、このボールネジ９に中間プレートに設けられ
ているボールナットが螺合している。ボールネジ９は、
ラジアル軸受と共にスラスト軸受により軸受けされ、軸
方向の移動は拘束されている。したがって、ボールネジ
９が回転駆動されると、中間プレート７が軸方向に移動
し、スクリュー８が射出シリンダ３内で射出方向に駆動
されることになる。
２によりさらに詳しく説明する。電動射出成形機は、可
塑化用の電動モータ１と射出用の電動モータ２とを備え
ている。そして、可塑化用の電動モータ１の出力軸に
は、駆動軸６が接合されている。駆動軸６は中間プレー
ト７のスラストおよびラジアル軸受に軸受けされ、そし
て、射出シリンダ３内で回転方向と軸方向とに駆動され
るスクリュー８に接続されている。射出用の電動モータ
２の出力軸には、カップリングを介してボールネジ９が
接合され、このボールネジ９に中間プレートに設けられ
ているボールナットが螺合している。ボールネジ９は、
ラジアル軸受と共にスラスト軸受により軸受けされ、軸
方向の移動は拘束されている。したがって、ボールネジ
９が回転駆動されると、中間プレート７が軸方向に移動
し、スクリュー８が射出シリンダ３内で射出方向に駆動
されることになる。
【０００４】電動射出成形機は、概略以上のように構成
されているので、可塑化用の電動モータ１によりスクリ
ュー８を射出シリンダ３内で回転駆動して従来周知のよ
うに計量することができ、また射出用の電動モータ２に
よりスクリュー８を軸方向に駆動して射出し、そして保
圧することもできる。ところで、上記のようにして計
量、射出、保圧、計量を繰り返しながら成形するときの
背圧、射出圧力、保圧等は成形品の品質に影響を及ぼす
ので、これらの圧力は色々な方法で検出され、そして制
御されている。例えば、射出樹脂圧力は、射出シリンダ
３の先端部、あるいは金型に樹脂圧力センサを取り付け
て直接樹脂圧力を測定する方法、図２に示されているよ
うにスクリュー８が射出時に受ける反力をロードセル５
により検出する方法、電動射出成形機においては、樹脂
圧力の発生源は射出用の電動モータ２のトルクであるの
で、電動モータ２の電流値を測定し、測定した電流値に
予め設定された定数を剰算する方法等が採用されてい
る。
されているので、可塑化用の電動モータ１によりスクリ
ュー８を射出シリンダ３内で回転駆動して従来周知のよ
うに計量することができ、また射出用の電動モータ２に
よりスクリュー８を軸方向に駆動して射出し、そして保
圧することもできる。ところで、上記のようにして計
量、射出、保圧、計量を繰り返しながら成形するときの
背圧、射出圧力、保圧等は成形品の品質に影響を及ぼす
ので、これらの圧力は色々な方法で検出され、そして制
御されている。例えば、射出樹脂圧力は、射出シリンダ
３の先端部、あるいは金型に樹脂圧力センサを取り付け
て直接樹脂圧力を測定する方法、図２に示されているよ
うにスクリュー８が射出時に受ける反力をロードセル５
により検出する方法、電動射出成形機においては、樹脂
圧力の発生源は射出用の電動モータ２のトルクであるの
で、電動モータ２の電流値を測定し、測定した電流値に
予め設定された定数を剰算する方法等が採用されてい
る。
【０００５】金型あるいは射出シリンダ３に樹脂圧力セ
ンサを取り付けて射出樹脂圧力を検出する方法は、スク
リュー８を射出方向に駆動する駆動装置の種類に関係な
く適用できる利点があり、また射出樹脂圧力を直接測定
するので、精度も高いが樹脂圧力センサは比較的高価で
ある難点がある。また、樹脂圧力センサを金型等に取り
付けなければならないので、金型の構造が複雑になる欠
点もある。樹脂圧力センサが高価で、金型の構造が複雑
になるので、全体として射出成形機のコストアップにな
ってしまう。
ンサを取り付けて射出樹脂圧力を検出する方法は、スク
リュー８を射出方向に駆動する駆動装置の種類に関係な
く適用できる利点があり、また射出樹脂圧力を直接測定
するので、精度も高いが樹脂圧力センサは比較的高価で
ある難点がある。また、樹脂圧力センサを金型等に取り
付けなければならないので、金型の構造が複雑になる欠
点もある。樹脂圧力センサが高価で、金型の構造が複雑
になるので、全体として射出成形機のコストアップにな
ってしまう。
【０００６】そこで、電動射出成形機においては射出用
の電動モータ２のトルクを制御する方法が採用されてい
る。この制御方法にはオープンループによる制御も行わ
れているが、一般には図３に示されているように、フィ
ードバック制御が行われている。この制御装置５０は、
第１の加え合わせ点５１、圧力制御ゲインＫ1の第１の
調節部５２、第２の加え合わせ点５３、速度制限ゲイン
Ｋ2の第２の調節部５４、第３の加え合わせ点５５、ト
ルク定数Ｋτの第３の調節・操作部５６、電流制御形電
力変換器５７等から構成されている。
の電動モータ２のトルクを制御する方法が採用されてい
る。この制御方法にはオープンループによる制御も行わ
れているが、一般には図３に示されているように、フィ
ードバック制御が行われている。この制御装置５０は、
第１の加え合わせ点５１、圧力制御ゲインＫ1の第１の
調節部５２、第２の加え合わせ点５３、速度制限ゲイン
Ｋ2の第２の調節部５４、第３の加え合わせ点５５、ト
ルク定数Ｋτの第３の調節・操作部５６、電流制御形電
力変換器５７等から構成されている。
【０００７】そして、第１の加え合わせ点５１には圧力
設定値ＰSと、射出軸９’に関連して設けられているロ
ードセル５により検出される圧力検出値ＰFBとが入力さ
れるようになっている。第１の加え合わせ点５１で得ら
れる動作信号には圧力制御ゲインＫ1で調節され、第３
の加え合わせ点５５に入力される。この第３の加え合わ
せ点５５には、射出用の電動モータ２に取り付けられて
いるエンコーダ４で検出される速度検出値Ｖ1と速度制
限値Ｖ2との動作信号を得る第２の加え合わせ点５３か
ら出力される信号に速度制限ゲインＫ2が乗じられた信
号も入力される。第３の加え合わせ点５５から出力され
る動作信号は、第３の調節・操作部５６からトルク指令
信号として、その電流指令信号が電流制御形電力変換器
５７に入力される。そして、この電流制御形電力変換器
５７から射出用の電動モータ２に所定の電流が供給され
るようになっている。このように、従来は樹指圧の制御
は、射出用の電動モータ２の駆動力すなわちトルクを直
接制御することにより行われている。
設定値ＰSと、射出軸９’に関連して設けられているロ
ードセル５により検出される圧力検出値ＰFBとが入力さ
れるようになっている。第１の加え合わせ点５１で得ら
れる動作信号には圧力制御ゲインＫ1で調節され、第３
の加え合わせ点５５に入力される。この第３の加え合わ
せ点５５には、射出用の電動モータ２に取り付けられて
いるエンコーダ４で検出される速度検出値Ｖ1と速度制
限値Ｖ2との動作信号を得る第２の加え合わせ点５３か
ら出力される信号に速度制限ゲインＫ2が乗じられた信
号も入力される。第３の加え合わせ点５５から出力され
る動作信号は、第３の調節・操作部５６からトルク指令
信号として、その電流指令信号が電流制御形電力変換器
５７に入力される。そして、この電流制御形電力変換器
５７から射出用の電動モータ２に所定の電流が供給され
るようになっている。このように、従来は樹指圧の制御
は、射出用の電動モータ２の駆動力すなわちトルクを直
接制御することにより行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、電動モ
ータ２のトルクを制御することにより樹指圧力を制御す
ることはできるが、トルク制御によると、圧力の再現性
や応答性が低いという欠点がある。さらに詳しく説明す
ると、図３に示されているようにトルク制御をすると、
その圧力伝達方程式は、次のようになる。 ＴP＝ＴM−Ｊ（ｄω／ｄｔ）−Ｋω−ＴR ただし、ＴP：圧力伝達トルク Ｊ：
慣性モーメント ＴM：電動モータ発生トルク Ｋ：走行摩擦
係数 ＴR：静止摩擦トルク等の非線形損失 ω：射出速度 上記式から、モータトルクが実際の樹指圧力として伝達
されるまでには、様々な損失があることが判る。なかで
も静止摩擦等の非線形損失は、フィードバック制御にお
いて非常に煩わしい外乱成分となり、大きな位相遅れを
発生し、系を不安定なものとする。系の不安定は、フィ
ードバック制御ゲインを小さくすると、安定にすること
はできる。しかしながら、応答速度が遅くなり、外乱に
対しても非常に弱い系になる。これとは逆にゲインを大
きくすると、系は不安定になり発振を起こしやくなる。
以上述べたように、従来の電動モータの駆動力すなわち
トルクを直接制御する方式では、圧力制御の高性能化を
図るためには、多くの外乱要素および非線形要素を考慮
しなければならないが、これは現実的には殆ど不可能に
近く、通常のＰＩ制御で経験的に妥当なゲイン設定を行
うしか方法がなく、圧力の再現性や応答性が低いという
欠点がある。このように、樹脂圧力が設定値通りに制御
されないと、射出される樹脂の組成に悪影響を及ぼし成
形品の品質を落とすことにもなる。
ータ２のトルクを制御することにより樹指圧力を制御す
ることはできるが、トルク制御によると、圧力の再現性
や応答性が低いという欠点がある。さらに詳しく説明す
ると、図３に示されているようにトルク制御をすると、
その圧力伝達方程式は、次のようになる。 ＴP＝ＴM−Ｊ（ｄω／ｄｔ）−Ｋω−ＴR ただし、ＴP：圧力伝達トルク Ｊ：
慣性モーメント ＴM：電動モータ発生トルク Ｋ：走行摩擦
係数 ＴR：静止摩擦トルク等の非線形損失 ω：射出速度 上記式から、モータトルクが実際の樹指圧力として伝達
されるまでには、様々な損失があることが判る。なかで
も静止摩擦等の非線形損失は、フィードバック制御にお
いて非常に煩わしい外乱成分となり、大きな位相遅れを
発生し、系を不安定なものとする。系の不安定は、フィ
ードバック制御ゲインを小さくすると、安定にすること
はできる。しかしながら、応答速度が遅くなり、外乱に
対しても非常に弱い系になる。これとは逆にゲインを大
きくすると、系は不安定になり発振を起こしやくなる。
以上述べたように、従来の電動モータの駆動力すなわち
トルクを直接制御する方式では、圧力制御の高性能化を
図るためには、多くの外乱要素および非線形要素を考慮
しなければならないが、これは現実的には殆ど不可能に
近く、通常のＰＩ制御で経験的に妥当なゲイン設定を行
うしか方法がなく、圧力の再現性や応答性が低いという
欠点がある。このように、樹脂圧力が設定値通りに制御
されないと、射出される樹脂の組成に悪影響を及ぼし成
形品の品質を落とすことにもなる。
【０００９】そこで、本出願人は特願平８ー２１６９１
５号により、樹脂圧力値と検出樹脂圧力値との動作信号
に基づいて射出速度指令信号を演算し、この演算した射
出速度指令信号と推定した無効速度推定値とから得られ
る射出速度指令値としての動作信号により射出用のモー
タに入力するトルクを演算するようにした射出成形機の
圧力制御方法を現在提案している。この圧力制御方法に
よると、スクリューの速度と無効速度との差を、射出軸
の圧力値が設定圧力値と一致するように制御するので、
非線形要素や圧力損失の影響がなく、樹脂圧力の再現性
や応答性の高い圧力制御ができるという、優れた効果が
得られる。しかしながら、スクリューの位置によるばね
定数の変化の影響を受け、圧力が振動し成形品の品質を
落とす場合がある。したがって、本発明は樹脂圧力の再
現性や応答性が高く、振動もなく、高品質の成形品を得
ることができる、射出成形機の圧力制御方法およびこの
方法の実施に使用される圧力制御装置を提供することを
目的としている。
５号により、樹脂圧力値と検出樹脂圧力値との動作信号
に基づいて射出速度指令信号を演算し、この演算した射
出速度指令信号と推定した無効速度推定値とから得られ
る射出速度指令値としての動作信号により射出用のモー
タに入力するトルクを演算するようにした射出成形機の
圧力制御方法を現在提案している。この圧力制御方法に
よると、スクリューの速度と無効速度との差を、射出軸
の圧力値が設定圧力値と一致するように制御するので、
非線形要素や圧力損失の影響がなく、樹脂圧力の再現性
や応答性の高い圧力制御ができるという、優れた効果が
得られる。しかしながら、スクリューの位置によるばね
定数の変化の影響を受け、圧力が振動し成形品の品質を
落とす場合がある。したがって、本発明は樹脂圧力の再
現性や応答性が高く、振動もなく、高品質の成形品を得
ることができる、射出成形機の圧力制御方法およびこの
方法の実施に使用される圧力制御装置を提供することを
目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、圧力の制御をスクリューの変位の制御に
よって行う。すなわち、本発明の上記目的は圧力の発生
系をばね系として制御することにより達成される。この
場合の圧力伝達方程式は、次のようになる。 Ｑ1＝ＫS （ｘ）∫（ω−ω1）ｄｔ （１） ただし、 Ｑ1：発生圧力 ω ：スクリューの速度 ＫS：ばね定数 ω1：無効速度 ｘ：スクリュー位置 上記（１）式から、従来の方式に存在していた非線形要
素や圧力損失が全く無くなっていることが判る。さらに
は（ω−ω1）を制御すれば、常にばね系として制御で
きることも判る。換言すれば無効速度ω1は、樹脂の充
填状態に相当して発生する変数であるので、樹脂の充填
状態と無関係に圧力を制御できることを表している。と
ころで、無効速度ω1は、直接検出できない内部状態変
数であるので、実際の検出速度および検出圧力値を利用
して、圧力推定器すなわちオブザーバ（状態観測器）、
カルマンフィルタ等で推定し、（ω−ω1）を制御する
ことにより達成されるが、上記（１）式から明らかなよ
うに、係数（ばね定数）をスクリューの位置に関する変
数としているので、圧力の推定がより完全になる。
成するために、圧力の制御をスクリューの変位の制御に
よって行う。すなわち、本発明の上記目的は圧力の発生
系をばね系として制御することにより達成される。この
場合の圧力伝達方程式は、次のようになる。 Ｑ1＝ＫS （ｘ）∫（ω−ω1）ｄｔ （１） ただし、 Ｑ1：発生圧力 ω ：スクリューの速度 ＫS：ばね定数 ω1：無効速度 ｘ：スクリュー位置 上記（１）式から、従来の方式に存在していた非線形要
素や圧力損失が全く無くなっていることが判る。さらに
は（ω−ω1）を制御すれば、常にばね系として制御で
きることも判る。換言すれば無効速度ω1は、樹脂の充
填状態に相当して発生する変数であるので、樹脂の充填
状態と無関係に圧力を制御できることを表している。と
ころで、無効速度ω1は、直接検出できない内部状態変
数であるので、実際の検出速度および検出圧力値を利用
して、圧力推定器すなわちオブザーバ（状態観測器）、
カルマンフィルタ等で推定し、（ω−ω1）を制御する
ことにより達成されるが、上記（１）式から明らかなよ
うに、係数（ばね定数）をスクリューの位置に関する変
数としているので、圧力の推定がより完全になる。
【００１１】かくして、請求項１に記載の発明は前記目
的を達成するために、少なくともスクリューと、このス
クリューを射出方向に駆動する射出用のモータとを備え
た射出成形機の樹脂圧力を制御するとき、設定樹脂圧力
値と検出樹脂圧力値との動作信号に基づいて射出速度指
令信号を演算し、この演算した射出速度指令信号と、ス
クリューの位置に関するパラメータを持つオブザーバ、
カルマンフィルタ等により演算した無効速度推定値とか
ら得られる射出速度指令値としての動作信号により射出
用のモータに入力するトルクを演算するように構成され
る。請求項２に記載の発明は、樹脂圧力の閉ループ制御
部と、樹脂射出速度の閉ループ制御部と、外乱オブザー
バ演算部と、射出する樹脂の圧力または樹脂の圧力に相
当する圧力を検出する圧力検出手段と、射出速度または
射出速度に相当する速度を検出する速度検出手段とから
なり、前記樹脂圧力の閉ループ制御部は、設定樹脂圧力
値と前記圧力検出手段で検出される検出樹脂圧力値とか
ら得られる動作信号を調節して射出速度指令信号を出力
する制御器を備え、前記樹脂射出速度の閉ループ制御部
は、前記樹脂圧力の閉ループ制御部で調節された射出速
度指令信号と、スクリュー位置の値に応じて推定器のパ
ラメータの値を出力する関数発生器を備えた前記外乱オ
ブザーバ演算部により演算された無効速度推定値とが入
力される加え合わせ点で得られる射出速度指令値として
の動作信号と、前記速度検出手段で検出される速度検出
値とから射出用のモータトルクを演算する速度制御器を
備え、射出用のモータは、前記樹脂射出速度の閉ループ
制御部の速度制御器の出力信号により制御されるように
構成される。そして、請求項３に記載の発明は、請求項
２記載の外乱オブザーバ演算部が、圧力検出手段で検出
される検出樹脂圧力値と圧力推定値とから得られる動作
信号を調節して無効速度推定値を得る調節部と、無効速
度推定値と速度検出手段で検出される速度検出値とから
圧力推定値を得る圧力／速度の伝達関数モデルと、前記
圧力／速度の伝達関数モデルのパラメータをスクリュー
の位置に応じて出力する関数発生器とから構成される。
的を達成するために、少なくともスクリューと、このス
クリューを射出方向に駆動する射出用のモータとを備え
た射出成形機の樹脂圧力を制御するとき、設定樹脂圧力
値と検出樹脂圧力値との動作信号に基づいて射出速度指
令信号を演算し、この演算した射出速度指令信号と、ス
クリューの位置に関するパラメータを持つオブザーバ、
カルマンフィルタ等により演算した無効速度推定値とか
ら得られる射出速度指令値としての動作信号により射出
用のモータに入力するトルクを演算するように構成され
る。請求項２に記載の発明は、樹脂圧力の閉ループ制御
部と、樹脂射出速度の閉ループ制御部と、外乱オブザー
バ演算部と、射出する樹脂の圧力または樹脂の圧力に相
当する圧力を検出する圧力検出手段と、射出速度または
射出速度に相当する速度を検出する速度検出手段とから
なり、前記樹脂圧力の閉ループ制御部は、設定樹脂圧力
値と前記圧力検出手段で検出される検出樹脂圧力値とか
ら得られる動作信号を調節して射出速度指令信号を出力
する制御器を備え、前記樹脂射出速度の閉ループ制御部
は、前記樹脂圧力の閉ループ制御部で調節された射出速
度指令信号と、スクリュー位置の値に応じて推定器のパ
ラメータの値を出力する関数発生器を備えた前記外乱オ
ブザーバ演算部により演算された無効速度推定値とが入
力される加え合わせ点で得られる射出速度指令値として
の動作信号と、前記速度検出手段で検出される速度検出
値とから射出用のモータトルクを演算する速度制御器を
備え、射出用のモータは、前記樹脂射出速度の閉ループ
制御部の速度制御器の出力信号により制御されるように
構成される。そして、請求項３に記載の発明は、請求項
２記載の外乱オブザーバ演算部が、圧力検出手段で検出
される検出樹脂圧力値と圧力推定値とから得られる動作
信号を調節して無効速度推定値を得る調節部と、無効速
度推定値と速度検出手段で検出される速度検出値とから
圧力推定値を得る圧力／速度の伝達関数モデルと、前記
圧力／速度の伝達関数モデルのパラメータをスクリュー
の位置に応じて出力する関数発生器とから構成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、添付図面により本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態を示す
ブロック線図であるが、同図において縦線Ａから右方が
制御対象を、そして左方が制御装置を示している。制御
対象は、図３に関して説明したように構成されている
が、図１には射出用の電動モータ２、射出シリンダ・ス
クリュー系３のみが模式的に示されている。射出用の電
動モータ２は、速度／トルクの伝達関数がＫm／（１＋
Ｔmｓ）の一次系の遅れとして、また射出シリンダ・ス
クリュー系３は、ばね系とみなし圧力／速度の伝達関数
は積分系の１／Ｔcｓとして表されている。そして、図
１に示されている実施の形態によると、スクリューの速
度あるいは射出速度は、射出用の電動モータ２に取り付
けられているエンコーダ４により検出され、また樹指圧
力値はスクリューの軸に関連して取り付けられているロ
ードセル５により検出されるようになっている。
施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態を示す
ブロック線図であるが、同図において縦線Ａから右方が
制御対象を、そして左方が制御装置を示している。制御
対象は、図３に関して説明したように構成されている
が、図１には射出用の電動モータ２、射出シリンダ・ス
クリュー系３のみが模式的に示されている。射出用の電
動モータ２は、速度／トルクの伝達関数がＫm／（１＋
Ｔmｓ）の一次系の遅れとして、また射出シリンダ・ス
クリュー系３は、ばね系とみなし圧力／速度の伝達関数
は積分系の１／Ｔcｓとして表されている。そして、図
１に示されている実施の形態によると、スクリューの速
度あるいは射出速度は、射出用の電動モータ２に取り付
けられているエンコーダ４により検出され、また樹指圧
力値はスクリューの軸に関連して取り付けられているロ
ードセル５により検出されるようになっている。
【００１３】制御装置は、樹脂圧力の閉ループ制御を行
う第１閉ループ制御部１０と、射出速度の閉ループ制御
を行うマイナループ制御部３０と、無効速度を推定する
外乱オブザーバ演算部４０とから構成されている。第１
閉ループ制御部１０は、第１の加え合わせ点１１、比例
積分動作をするＰＩ制御器１３、第２の加え合わせ点１
２、速度リミッタ１４、設定部１５等から構成されてい
る。第１の加え合わせ点１１には、設定部１５で設定さ
れる圧力指令値Ｑと、ロードセル５で検出される圧力が
圧力検出フイルタ１６を通してフィードバックされる圧
力検出値ＱＦＢとが入力され、第２の加え合わせ点１２
には、ＰＩ制御器１３の出力値と外乱オブザーバ演算部
４０で推定される無効速度推定値ω１ ”とが入力され、
そして速度リミッタ１４には設定部１５で設定される
正、負方向の速度制限値Ｓ１、Ｓ２がそれぞれ入力され
るようになっている。
う第１閉ループ制御部１０と、射出速度の閉ループ制御
を行うマイナループ制御部３０と、無効速度を推定する
外乱オブザーバ演算部４０とから構成されている。第１
閉ループ制御部１０は、第１の加え合わせ点１１、比例
積分動作をするＰＩ制御器１３、第２の加え合わせ点１
２、速度リミッタ１４、設定部１５等から構成されてい
る。第１の加え合わせ点１１には、設定部１５で設定さ
れる圧力指令値Ｑと、ロードセル５で検出される圧力が
圧力検出フイルタ１６を通してフィードバックされる圧
力検出値ＱＦＢとが入力され、第２の加え合わせ点１２
には、ＰＩ制御器１３の出力値と外乱オブザーバ演算部
４０で推定される無効速度推定値ω１ ”とが入力され、
そして速度リミッタ１４には設定部１５で設定される
正、負方向の速度制限値Ｓ１、Ｓ２がそれぞれ入力され
るようになっている。
【００１４】マイナループ制御部３０は、速度制御器３
１とトルクリミッタ３２とからなり、速度制御器３１に
は速度リミッタ１４から出力される速度指令値ωmと、
エンコーダ４で検出される速度検出値ωFBがフィードバ
ックされる。そして、このトルクリミッタ３２には設定
部１５で設定されるモータトルク制限値Ｔ1が入力さ
れ、制限されたトルクτとして射出用の電動モータ２に
出力される。
１とトルクリミッタ３２とからなり、速度制御器３１に
は速度リミッタ１４から出力される速度指令値ωmと、
エンコーダ４で検出される速度検出値ωFBがフィードバ
ックされる。そして、このトルクリミッタ３２には設定
部１５で設定されるモータトルク制限値Ｔ1が入力さ
れ、制限されたトルクτとして射出用の電動モータ２に
出力される。
【００１５】外乱オブザーバ演算部４０は、第１、２の
加え合わせ点４１、４２と、オブザーバゲインＫｇの調
節部４３と、伝達関数が積分系として表されている圧力
／速度の伝達関数モデル４４と、スクリューの位置ｘに
応じてばね定数の値を出力する関数発生器４５とから構
成されている。そして、エンコーダ４により検出される
スクリューの位置ｘは、関数発生器４５を介して圧力／
速度の伝達関数モデル４４に入力されるようになってい
る。第１、２の加え合わせ点４１には、圧力検出値Ｑ
ＦＢと圧力／速度の伝達関数モデル４４で推定される圧
力推定値Ｑ”とが入力される。第１の加え合わせ点４１
から出力される信号は、オブザーバゲインＫｇで調節さ
れ、その出力信号は無効速度推定値ω１”として前述し
た第１閉ループ制御部１０の第２の加え合わせ点１２に
入力される。なお、圧力／速度の伝達関数モデル４４の
Ｔ’ ｃ は、射出シリンダ・スクリュー系３の伝達関数１
／Ｔ ｃ Ｓの時定数Ｔ ｃ の理論値で、ばね定数Ｋ ｓ とはＴ
ｃ ＝１／Ｋ ｓ の関係にある。
加え合わせ点４１、４２と、オブザーバゲインＫｇの調
節部４３と、伝達関数が積分系として表されている圧力
／速度の伝達関数モデル４４と、スクリューの位置ｘに
応じてばね定数の値を出力する関数発生器４５とから構
成されている。そして、エンコーダ４により検出される
スクリューの位置ｘは、関数発生器４５を介して圧力／
速度の伝達関数モデル４４に入力されるようになってい
る。第１、２の加え合わせ点４１には、圧力検出値Ｑ
ＦＢと圧力／速度の伝達関数モデル４４で推定される圧
力推定値Ｑ”とが入力される。第１の加え合わせ点４１
から出力される信号は、オブザーバゲインＫｇで調節さ
れ、その出力信号は無効速度推定値ω１”として前述し
た第１閉ループ制御部１０の第２の加え合わせ点１２に
入力される。なお、圧力／速度の伝達関数モデル４４の
Ｔ’ ｃ は、射出シリンダ・スクリュー系３の伝達関数１
／Ｔ ｃ Ｓの時定数Ｔ ｃ の理論値で、ばね定数Ｋ ｓ とはＴ
ｃ ＝１／Ｋ ｓ の関係にある。
【００１６】次に、作用について説明する。設定部１５
に圧力指令値Ｑ、正、負方向の速度制限値Ｓ１、Ｓ２お
よびモータトルク制限値Ｔτを設定する。そして、可塑
化用の電動モータと、射出用の電動モータ２により従来
周知のようにして計量し、射出・保圧し成形品を得る。
このとき、第１閉ループ制御部１０の第１の加え合わせ
点１１には設定圧力値あるいは圧力指令値Ｑと、ロード
セル５で検出される検出圧力値ＱＦＢとが入力され、そ
の動作信号はＰＩ制御器１３により調節され、射出用の
電動モータ２の速度指令信号として第１の加え合わせ点
１２に入力される。外乱オブザーバ演算部４０におい
て、ロードセル５で検出される検出圧力値ＱＦＢと、圧
力／速度の伝達関数モデル４４によりスクリューの位置
ｘを考慮して演算された圧力推定値Ｑ”とが第１の加え
合わせ点４１に入力され、そしてオブザーバゲインＫｇ
で調節されて無効速度推定値ω１”が得られ、第１閉ル
ープ制御部１０の第２の加え合わせ点１２に入力され
る。なお、外乱オブザーバ演算部４０では、第２の加え
合わせ点４２に無効速度推定値ω１”と、エンコーダ４
で検出される速度検出値ωＦＢが入力され、これが有効
速度として圧力／速度の伝達関数モデル４４で演算され
て圧力推定値Ｑ”が第１の加え合わせ点４１へ出力され
る。
に圧力指令値Ｑ、正、負方向の速度制限値Ｓ１、Ｓ２お
よびモータトルク制限値Ｔτを設定する。そして、可塑
化用の電動モータと、射出用の電動モータ２により従来
周知のようにして計量し、射出・保圧し成形品を得る。
このとき、第１閉ループ制御部１０の第１の加え合わせ
点１１には設定圧力値あるいは圧力指令値Ｑと、ロード
セル５で検出される検出圧力値ＱＦＢとが入力され、そ
の動作信号はＰＩ制御器１３により調節され、射出用の
電動モータ２の速度指令信号として第１の加え合わせ点
１２に入力される。外乱オブザーバ演算部４０におい
て、ロードセル５で検出される検出圧力値ＱＦＢと、圧
力／速度の伝達関数モデル４４によりスクリューの位置
ｘを考慮して演算された圧力推定値Ｑ”とが第１の加え
合わせ点４１に入力され、そしてオブザーバゲインＫｇ
で調節されて無効速度推定値ω１”が得られ、第１閉ル
ープ制御部１０の第２の加え合わせ点１２に入力され
る。なお、外乱オブザーバ演算部４０では、第２の加え
合わせ点４２に無効速度推定値ω１”と、エンコーダ４
で検出される速度検出値ωＦＢが入力され、これが有効
速度として圧力／速度の伝達関数モデル４４で演算され
て圧力推定値Ｑ”が第１の加え合わせ点４１へ出力され
る。
【００１７】第１閉ループ制御部１０の第２の加え合わ
せ点１２からは、モータ速度指令値が出力される。そし
て、速度リミッタ１４で制限されたモータ速度指令値ω
mが速度制御器３１に入力される。速度制御器３１には
エンコーダ４で検出される速度検出値ωFBが入力され、
モータトルクとして出力される。そして、トルクリミツ
タ３２により制限値内に制限されたトルク値τが射出用
の電動モータ２に加えられる。これにより、樹指圧が設
定圧力値に一致するように制御される。
せ点１２からは、モータ速度指令値が出力される。そし
て、速度リミッタ１４で制限されたモータ速度指令値ω
mが速度制御器３１に入力される。速度制御器３１には
エンコーダ４で検出される速度検出値ωFBが入力され、
モータトルクとして出力される。そして、トルクリミツ
タ３２により制限値内に制限されたトルク値τが射出用
の電動モータ２に加えられる。これにより、樹指圧が設
定圧力値に一致するように制御される。
【００１８】本実施の形態による制御方法により、電動
射出成形機に適用し、射出・保圧切り換え時の圧力波形
を計測したところ、保圧１段から速やかに圧力設定値と
整定し、完全に充填された時点の応答波形と殆ど同様に
制御されていることが確認された。なお、圧力の振動も
見られなかった。また、背圧制御時の圧力波形を同様に
計測した。背圧制御時は充填方向が射出時と逆方向であ
り、背圧の制御開始時には充填状態の変化すなわち計量
速度がステップ外乱として圧力制御系に入力されること
になるのでオーバシュートするが、本実施の形態による
とオーバシュートは見られなかった。
射出成形機に適用し、射出・保圧切り換え時の圧力波形
を計測したところ、保圧１段から速やかに圧力設定値と
整定し、完全に充填された時点の応答波形と殆ど同様に
制御されていることが確認された。なお、圧力の振動も
見られなかった。また、背圧制御時の圧力波形を同様に
計測した。背圧制御時は充填方向が射出時と逆方向であ
り、背圧の制御開始時には充填状態の変化すなわち計量
速度がステップ外乱として圧力制御系に入力されること
になるのでオーバシュートするが、本実施の形態による
とオーバシュートは見られなかった。
【００１９】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、射出成
形機の樹脂圧力を制御するとき、設定樹脂圧力値と検出
樹脂圧力値との動作信号に基づいて射出速度指令信号を
演算し、この演算した射出速度指令信号と、オブザー
バ、カルマンフィルタ等の推定器で推定した無効速度推
定値とから得られる射出速度指令値としての動作信号に
より射出用のモータに入力するトルクを演算するとき、
推定器のパラメータがスクリューの位置に関する変数と
して演算されているので、非線形要素や圧力損失の影響
がなく、樹脂圧力の再現性や応答性が高く、振動もない
圧力制御ができる。特に、従来困難とされていた背圧制
御、射出・保圧切り換え時の圧力波形が改善され、高品
質の成形品を得ることができる効果も得られる。
形機の樹脂圧力を制御するとき、設定樹脂圧力値と検出
樹脂圧力値との動作信号に基づいて射出速度指令信号を
演算し、この演算した射出速度指令信号と、オブザー
バ、カルマンフィルタ等の推定器で推定した無効速度推
定値とから得られる射出速度指令値としての動作信号に
より射出用のモータに入力するトルクを演算するとき、
推定器のパラメータがスクリューの位置に関する変数と
して演算されているので、非線形要素や圧力損失の影響
がなく、樹脂圧力の再現性や応答性が高く、振動もない
圧力制御ができる。特に、従来困難とされていた背圧制
御、射出・保圧切り換え時の圧力波形が改善され、高品
質の成形品を得ることができる効果も得られる。
【図１】 本発明の実施の形態を示すブロック線図であ
る。
る。
【図２】 電動射出機を一部断面にして模式的に示す正
面図である。
面図である。
【図３】 従来の制御法を示すブロック線図である。
２ 射出用の電動モータ ３ 射出シリンダ・スクリュー系 ４ エンコーダ ５ ロードセル １０ 第１閉ループ制御部 １１、１２ 第１、２の加え合わせ点 １３ ＰＩ制御器 ３０ マイナループ制御部 ３１ 速度制御器 ４０ 外乱オブザーバ演算部 ４３ 調節部 ４４ 圧力／速度の伝達関数モデル ４５ 関数発生器
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 45/46 - 45/54 B29C 45/76 - 45/77
Claims (3)
- 【請求項１】 少なくともスクリュー（３）と、このス
クリュー（３）を射出方向に駆動する射出用のモータ
（２）とを備えた射出成形機の樹脂圧力を制御すると
き、 設定樹脂圧力値（Ｑ）と検出樹脂圧力値（ＱＦＢ）との
動作信号に基づいて射出速度指令信号を演算し、この演
算した射出速度指令信号と、スクリュー（３）の位置に
関するパラメータを持つオブザーバ、カルマンフィルタ
等により演算した無効速度推定値（ω１”）とから得ら
れる射出速度指令値としての動作信号により射出用のモ
ータ（２）に入力するトルク（τ）を演算することを特
徴とする射出成形機の圧力制御方法。 - 【請求項２】 樹脂圧力の閉ループ制御部（１０）と、
樹脂射出速度の閉ループ制御部（３０）と、外乱オブザ
ーバ演算部（４０）と、射出する樹脂の圧力または樹脂
の圧力に相当する圧力を検出する圧力検出手段（５）
と、射出速度または射出速度に相当する速度を検出する
速度検出手段（４）とからなり、 前記樹脂圧力の閉ループ制御部（１０）は、設定樹脂圧
力値（Ｑ）と前記圧力検出手段（５）で検出される検出
樹脂圧力値（ＱＦＢ）とから得られる動作信号を調節し
て射出速度指令信号を出力する制御器（１３）を備え、 前記樹脂射出速度の閉ループ制御部（３０）は、前記樹
脂圧力の閉ループ制御部（１０）で調節された射出速度
指令信号と、スクリュー位置（ｘ）の値に応じて推定器
のパラメータの値を出力する関数発生器（４５）を備え
た前記外乱オブザーバ演算部（４０）により演算された
無効速度推定値（ω１”）とが入力される加え合わせ点
（１２）で得られる射出速度指令値（ωｍ）としての動
作信号と、前記速度検出手段（４）で検出される速度検
出値（ωＦＢ）とから射出用のモータトルク（τ）を演
算する速度制御器（３１）を備え、 射出用のモータ（２）は、前記樹脂射出速度の閉ループ
制御部（３０）の速度制御器（３１）の出力信号により
制御されることを特徴とする射出成形機の圧力制御装
置。 - 【請求項３】 請求項２記載の外乱オブザーバ演算部
（４０）が、圧力検出手段（５）で検出される検出樹脂
圧力値（ＱＦＢ）と圧力推定値（Ｑ”）とから得られる
動作信号を調節して無効速度推定値（ω１”）を得る調
節部（４３）と、無効速度推定値（ω１”）と速度検出
手段（４）で検出される速度検出値（ωＦＢ）とから圧
力推定値（Ｑ”）を得る圧力／速度の伝達関数モデル
（４４）と、前記圧力／速度の伝達関数モデル（４４）
のパラメータをスクリュー（３）の位置に応じて出力す
る関数発生器（４５）とからからなる射出成形機の圧力
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06557497A JP3169567B2 (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | 射出成形機の圧力制御方法および圧力制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06557497A JP3169567B2 (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | 射出成形機の圧力制御方法および圧力制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10244571A JPH10244571A (ja) | 1998-09-14 |
| JP3169567B2 true JP3169567B2 (ja) | 2001-05-28 |
Family
ID=13290924
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06557497A Expired - Fee Related JP3169567B2 (ja) | 1997-03-05 | 1997-03-05 | 射出成形機の圧力制御方法および圧力制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3169567B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8229592B2 (en) | 2009-05-18 | 2012-07-24 | Noriyuki Akasaka | Device and method for pressure control of electric injection molding machine |
| JP6100051B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2017-03-22 | 住友重機械工業株式会社 | 射出成形機 |
| CN108599655B (zh) * | 2018-03-21 | 2020-10-27 | 泉州装备制造研究所 | 基于权重控制永磁同步电机无速度传感器的转速估计方法 |
| CN112824090A (zh) * | 2019-11-21 | 2021-05-21 | 台达电子工业股份有限公司 | 全电式塑胶射出成型机的控制方法 |
| CN114366933B (zh) * | 2022-01-24 | 2022-08-02 | 中南大学湘雅二医院 | 一种基于语音控制的流量调节微量泵方法与*** |
-
1997
- 1997-03-05 JP JP06557497A patent/JP3169567B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10244571A (ja) | 1998-09-14 |
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