温度控制系统的种类和特点

图3-56 温度控制系统的工作原理

1—热流道板 2—热电偶（传感器） 3—温度调节器 4—温度设置单元 5—加热器

常见的温度自动控制系统使用的是温度定值控制，其控制方法主要有位式控制（开关控制）、时间比例控制和比例积分微分控制（PID控制）三种，相应的温度控制系统也有位式控制系统、时间比例控制系统和比例积分微分控制系统。

（1）位式控制系统 热流道系统开发应用的早期，温度控制系统通常采用位式控制系统，该系统也具有反馈控制能力，但控制温度有较大的起伏，常超出塑料的加工温度范围。随着温度控制要求和温控技术的提高，位式温度控制系统已被取代，目前已很少使用在热流道系统中。

（2）时间比例控制系统 它是依靠调节加热器电源接通和断开的时间比例来实现温度调节控制的。该系统在设定温度附近有一个比例带，当温度接近设定温度时（即已进入比例带），系统会周期性地接通、断开、再接通、再断开地间歇工作，而且越接近设定温度，接通时间越短，断开时间越长，使加热器的平均功率与温度偏差成比例。该控制系统使用的加热器会频繁地通、断电，对加热器的使用寿命影响较大，目前也已很少使用。

（3）比例积分微分（PID）控制系统 当前热流道系统常用的是具有比例（P）、积分（I）或微分（D）工作特性的电子温度调节器，它具有反馈控制功能，可避免位式和时间比例控制系统存在的温度跳跃问题，并且具有软启动控制和多种保持功能，可有效延长加热器的使用寿命。PID控制系统的调节作用和特性如下：

1）比例（P）调节作用是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，会使系统稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。

2）积分（I）调节作用是使系统消除稳态误差，提高无差度。只要系统有误差，积分调节就进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数T_i，T_i越小，积分作用就越强。反之T_i大则积分作用弱，加入积分调节作用可使系统稳定性下降，动态响应变慢。积分作用常与另两种调节规律结合，组成PI调节器或PID调节器。

3）微分（D）调节作用是反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，产生超前的控制作用，在偏差还没有形成之前，已被微分调节作用消除。因此，可以改善系统的动态性能。在微分时间选择合适的情况下，可以减少超调，减少调节时间。微分作用对噪声干扰有放大作用，因此过强的微分调节，不利于系统抗干扰。此外，微分反映的是变化率，而当输入没有变化时，微分作用输出为零。微分作用不能单独使用，需要与另外两种调节规律相结合，组成PD或PID调节器。(www.xing528.com)

具有比例（P）、积分（I）或微分（D）特性的调节器，能在温度连续控制过程中保持恒定的温度值，在有外界干扰时，也能很快地将其消除，迅速达到设定的温度值，图3-57所示为不同温度控制系统的控制曲线。图3-57a所示为常规PID调节器的控制曲线，其偏差和外部干扰（如注射动作）能缓慢消除；图3-57b所示为数字式PID调节器的控制曲线，外部干扰能快速消除；图3-57c所示为带微处理器的自适应调节器的控制曲线，其外部干扰也能快速消除。值得注意的是，精确的温度控制不仅取决于调节器自身，还与许多其他因素有关，如测量点与流道之间的温度差；热电偶的测量误差及导线引起的误差；设置单元的特性（比例范围、积分时间、微分时间等）；主电压的波动；进入热流道系统的熔体温度变化；模具和周边温度的变化等。

温度调节器通常是控制加热器的加热功率，它有两种设置参数单元方式，即相控制和脉冲组控制两种方式，如图3-58所示。相控制是以常数输出信号对电源的正弦交流波进行切割截取，获得部分波形，经调节器的工作单元传输给加热器。脉冲组控制是以脉冲输出信号的开关方式，产生有完整波形的成组脉冲波，经调节器的工作单元传输给加热器。

图3-57 不同温度控制系统的控制曲线

a）PID调节器 b）数字式PID调节器 c）μC调节器

图3-58 加热功率的控制方式

a）相控制 b）脉冲组控制