● 摘要
螺杆挤出机一直是火药生产的核心设备，挤出机机头压力的波动直接影响着挤出药品的质量。在实际生产中，通过调整螺杆挤出机的螺杆转速可以实现对压力的控制。挤出机的挤出过程复杂，药品熔融后多为高粘度的非牛顿流体，较难建立挤出机的数学模型，国内对挤出机系统压力与螺杆转速控制理论的研究甚少。 本文根据化工厂某型号火药药品的挤出成型生产需求，建立螺杆挤出机控制系统，实现对机头压力的恒压控制，保证生产安全。本文首先采用挤出机建模、理论推导和ANSYS CFX流体仿真相结合的方法，研究了挤出机转速和挤出压力的规律，建立了挤出机系统的控制模型，然后采用模糊PID自调整技术和SMITH预估方法实现了对挤出机系统的控制，并用Matlab Simulink 对控制效果进行仿真。最后，选用西门子S7-300 PLC作为系统控制器实现相关控制，利用Lab windows/CVI开发了上位机监控界面。 本文取得的结论和成果如下： 1．机头压力与螺杆转速的变化规律：随螺杆转速的增加先升高后降低而后再升高，在低转速下机头压力与转速近似线性变化。 2．挤出机的传递函数与流体性质和螺杆转速有关：药品熔融后为牛顿流体时，传递函数为一阶系统。在低转速时，挤出机的系统近似为一阶大惯性延时系统。 3．采用模糊PID和smith预估控制有限减少系统响应时间和超调量，提高系统控制精度和生产安全性。 4．PLC编程实现模糊控制算法。 5．在控制界面嵌入语音技术，有效减少劳动强度和工作量。