JP4678894B1 - 電動射出成形機の可塑化制御装置および可塑化制御方法 - Google Patents
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Abstract
電動射出成形機の可塑化機構の数式モデルを表現した状態方程式を利用して導出した離散演算式を内蔵し、入力信号としてスクリュ位置信号とモータ電流指令或いはモータ実電流及びスクリュ回転数を受取り、上記状態方程式表現の状態変数の1つであるスクリュ背圧の推定値を出力する高ゲイン観測器を採用する。高ゲイン観測器は、圧力検出センサを必要とせず、高精度で、時間的遅れの非常に小さいスクリュ背圧推定値を出力する。したがって、高ゲイン観測器の出力するスクリュ背圧推定値は、可塑化工程でのスクリュ背圧制御のフィードバック信号(スクリュ背圧検出値)として採用できる。
【選択図】図1
Description
(1) 高圧環境下で信頼性の高い圧力センサは高価になる。
(2) 射出シリンダ先端部への圧力センサ取付けは、特別な加工を施す必要があり、作業コストが無視できない。
(3) 射出用モータから射出スクリュに至る射出軸系に取り付けるロードセルは、組み込むための機械構造を複雑にし、更には射出軸系の機械剛性の低下を招く。
(4) 歪みゲージを検出部に使用するロードセルでは、微弱なアナログ信号に対するノイズ対策が必要になり、また信号アンプのゼロ点調整やスパン調整等にも人手による作業が必要になる(特許文献13)。
(5) スクリュ背圧の制御精度向上のために計測範囲の異なる2種類の圧力センサを使用すると高価になる(特許文献12)。
(A)高精度である
(B)時間的遅れが非常に小さい
この2つの必要条件を満たす圧力検知手段として、高ゲイン観測器(非特許文献1)の手法を採用する。計測できる変数を入力して、すべての状態変数を推定する高ゲイン観測器が、前記2つの必要条件(A)、(B)を満たしていることを簡単な制御対象モデルを使って説明する。式(1)は制御対象モデルの状態方程式を示す。
(1) 計算手順1
(A)高精度である
(B)時間的遅れが非常に小さい
が満たされることを明らかにする。式(79)で公称関数χ0(η^1、y)、ψ0(η^、y、u2)ではなく、実際には得られない真の関数χ(η1、y)、ψ(η,y、u2)を使用したときに得られる変数η1、η2は式(81)で決まる。
スクリュ最大後退量 xmax=20.0cm
スクリュ最大後退速度 vmax=2.0cm/sec
スクリュ背圧最大値 Pmax=19.6MPa
射出用モータ最大回転数 ωmax=31.67rad/sec(302.4rpm)
制御対象のモデル定数を使って、式(56)で使われる係数a,b,c,dは式(92)の値を用いた。
(1) 計算手順1
(A)高精度である
(B)時間的遅れが非常に小さい
が満たされることを示す。式(99)で公称関数χ0(y2)、ψ0(η^3、y、u2)ではなく、実際には得られない真の関数χ(y2)、ψ(η3、y、u2)を使用したときに得られる変数η1、η2、η3は式(103)で決まる。
(1) 高圧環境下で信頼性の高い圧力センサは高価になる。
(2) 射出シリンダ先端部への圧力センサ取付けは、特別な加工を施す必要があり、作業コストが無視できない。
(3) 射出用モータから射出スクリュに至る射出軸系に取り付けるロードセルは、組み込むための機械構造を複雑にし、更には射出軸系の機械剛性の低下を招く。
(4) 歪みゲージを検出部に使用するロードセルでは、微弱なアナログ信号に対するノイズ対策が必要になり、また信号アンプのゼロ点調整やスパン調整等にも人手による作業が必要になる(特許文献13)。
(5) スクリュ背圧の制御精度向上のために計測範囲の異なる2種類の圧力センサを使用すると高価になる(特許文献12)
2 射出シリンダ
3 射出用サーボモータ
4 減速機
5 ボールネジ
6 軸受
7 ナット
8 可動部
9 スクリュ
10 減速機
11 可塑化用サーボモータ
12 圧力センサ
13 リニアガイド
14 モータエンコーダ
15 モータエンコーダ
16 ホッパー
17 キャビティ
20 背圧制御器
21 スクリュ背圧指令器
22 減算器
23 アナログ/デジタル(A/D)変換器
24 圧力制御器
25 デジタル/アナログ(D/A)変換器
26 アナログ/デジタル(A/D)変換器
27 高ゲイン観測器
28 高ゲイン観測器
30 射出用モータ制御器(サーボアンプ)
31 アナログ/デジタル(A/D)変換器
32 パルス幅変調制御(PWM)回路
33 射出用モータ実電流検出器
34 パルスカウンタ
35 微分回路
40 スクリュ回転数制御器
41 スクリュ回転数指令器
50 可塑化用モータ制御器(サーボアンプ)
51 減算器
52 微分回路
53 速度制御器
54 パルス幅変調制御(PWM)回路
60 背圧制御器
61 背圧制御器
70 射出用モータ制御器(サーボアンプ)
71 射出用モータ制御器(サーボアンプ)
Claims (3)
- 電動射出成形機の可塑化制御装置であって、可塑化用サーボモータの回転は減速機を介してスクリュを回転し樹脂ペレットを溶融し射出シリンダ先端部に溶融樹脂を貯留するスクリュ回転駆動系と、射出用サーボモータの回転は減速機を介してボールネジに伝えられ、前記ボールネジの回転はボールネジ軸上のナットの直線運動に変換され、前記ナットにより駆動される可動部を介してスクリュが前後進移動し、前記スクリュの前後進移動により前記射出シリンダ先端部に貯留された溶融樹脂への加圧(スクリュ背圧)を実現する射出駆動系とからなる可塑化機構の運動を表現する制御対象モデルとして、前記スクリュのスクリュ位置、スクリュ後退速度およびスクリュ背圧の3変数を状態変数とし、前記射出用サーボモータへの制御信号として印加されるモータ電流指令信号或はモータ実電流信号およびスクリュ回転数の2変数を入力変数とし、前記状態変数のうち計測できる状態変数を出力変数とする状態方程式からなる連続時間系の数式モデルを採用し、前記数式モデルを基に導出した連続時間系の計算手順に対して前進矩形近似を適用して導出した離散演算式を一定時間間隔毎に実行する高ゲイン観測器と、スクリュ背圧を指令するためのスクリュ背圧指令を出力するスクリュ背圧指令器と、前記高ゲイン観測器が前記射出用サーボモータの軸に設けたモータエンコーダで検出されるスクリュ位置信号と前記モータ電流指令信号或は前記モータ実電流信号および前記可塑化用サーボモータの軸に設けたモータエンコーダと微分回路で検出されるスクリュ回転数信号が入力されて内蔵する前記離散演算式を使用して算出して出力するスクリュ背圧推定値と前記スクリュ背圧指令とが入力されて、前記スクリュ背圧指令と前記スクリュ背圧推定値との差を出力する減算器と、前記減算器の出力を入力して、前記スクリュ背圧推定値が前記スクリュ背圧指令に追従するように前記射出用サーボモータ電流指令信号を算出する圧力制御器と、
を具備することを特徴とする電動射出成形機の可塑化制御装置 - 電動射出成形機の可塑化制御方法であって、可塑化用サーボモータの回転は減速機を介してスクリュを回転し樹脂ペレットを溶融し射出シリンダ先端部に溶融樹脂を貯留するスクリュ回転駆動系と、射出用サーボモータの回転は減速機を介してボールネジに伝えられ、前記ボールネジの回転はボールネジ軸上のナットの直線運動に変換され、前記ナットにより駆動される可動部を介してスクリュが前後進移動し、前記スクリュの前後進移動により前記射出シリンダ先端部に貯留された溶融樹脂への加圧(スクリュ背圧)を実現する射出駆動系とからなる可塑化機構の運動を表現する数式モデルとして下記(数97)の状態方程式を利用して導出した下記(数98)の離散式(118)および下記(数99)の離散式(121)からなる離散演算式を実行する高ゲイン観測器が、前記射出用サーボモータの軸に設けたモータエンコーダで検出されるスクリュ位置信号と前記射出用サーボモータへの制御信号として印加されるモータ電流指令信号或いはモータ実電流信号及び可塑化用サーボモータの軸に設けたモータエンコーダで検出されるスクリュ回転数信号とを入力信号として、スクリュ背圧推定値x^3およびスクリュ後退速度推定値x^2を出力し、スクリュ背圧指令器が出力するスクリュ背圧指令と前記スクリュ背圧推定値とを減算器に入力し、前記減算器は、前記スクリュ背圧指令と前記スクリュ背圧推定値との差を算出して圧力制御器に入力し、前記圧力制御器は、前記スクリュ背圧推定値が前記スクリュ背圧指令に追従するように前記射出用サーボモータ電流指令信号を算出して前記射出用サーボモータに所定のモータトルクを発生させることにより所定のスクリュ背圧を実現する電動射出成形機の可塑化制御方法
- 電動射出成形機の可塑化制御方法であって、可塑化用サーボモータの回転は減速機を介してスクリュを回転し樹脂ペレットを溶融し射出シリンダ先端部に溶融樹脂を貯留するスクリュ回転駆動系と、射出用サーボモータの回転は減速機を介してボールネジに伝えられ、前記ボールネジの回転はボールネジ軸上のナットの直線運動に変換され、前記ナットにより駆動される可動部を介してスクリュが前後進移動し、前記スクリュの前後進移動により前記射出シリンダ先端部に貯留された溶融樹脂への加圧(スクリュ背圧)を実現する射出駆動系とからなる可塑化機構の運動を表現する数式モデルとして下記(数100)の状態方程式を利用して導出した下記(数101)の離散式(125)および下記(数102)の離散式(128)からなる離散演算式を実行する高ゲイン観測器が、前記射出用サーボモータの軸に設けたモータエンコーダで検出されるスクリュ位置信号及びスクリュ後退速度信号(射出用サーボモータ回転速度)と前記射出用サーボモータへの制御信号として印加されるモータ電流指令信号或いはモータ実電流信号及び可塑化用サーボモータの軸に設けたモータエンコーダで検出されるスクリュ回転数信号とを入力信号として、スクリュ背圧推定値x^3、スクリュ後退速度推定値x^2及びスクリュ位置推定値x^1を出力し、スクリュ背圧指令器が出力するスクリュ背圧指令と前記スクリュ背圧推定値とを減算器に入力し、前記減算器は、前記スクリュ背圧指令と前記スクリュ背圧推定値との差を算出して圧力制御器に入力し、前記圧力制御器は、前記スクリュ背圧推定値が前記スクリュ背圧指令に追従するように前記射出用サーボモータ電流指令信号を算出して前記射出用サーボモータに所定のモータトルクを発生させることにより所定のスクリュ背圧を実現する電動射出成形機の可塑化制御方法
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