维普资讯 http://www.cqvip.com 聚合物动态挤出过程多变量数学模型研究★ 口文生平 口赵国平 口瞿金平 华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程研究中心聚合物成型加工工程教育部重点实验室广州５１０６４０ 摘要：以聚合物动态流变综合测试仪为实验装置，通过实验方法，找出在聚合物动态流变测试塑化挤出过程中影 响熔体温度与熔体压力的主要因素，分析了其动态特性，并在此基础上首次提出了熔体温度与熔体压力关于模头加热器 功率、螺杆转速的多变量传递函数矩阵形式数学模型。 关键词：熔体温度熔体压力 多变量模型辨识 中图分类号：ＴＱ３２０．６ ３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—４９９８（２００７）０９—００１９—０４ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｈｅｏｌｏｇｉｅａｌ ｃｈａｎｇｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ａｓ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄｅｖｉｃｅ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｔｈａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｍｅｌｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｐｌａｓｔｉｅａｔｉｎｇ ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｏｕｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｌｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌａｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｂａｒｒｅｌ ５ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｃｒｅｗ ｓｐｅｅｄ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：Ｍｅｌｔ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｍｅｌｔ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ Ｍｏｄｅｌ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ 聚合物必须经过成型加工制成制品后，才能实现 其各种优良的特性，挤出成型是高分子材料主要的加 轴向ｌ驱动 工方法之一。近年来以提高成型制品几何精度和内在 激振器ｌ电机 质量均匀性为主要标志的精密化技术在国内外塑料加 工领域中受到了高度重视。动态塑化挤出过程是一个 非线性且耦合严重的多变量过程，影响稳定挤出与最 控制器Ｊ激振『Ｉ螺杆速度ｆ ｌ控制器Ｉ ｆ加热器 ｌ功率放大器 检测 体压 终制品质量的因素很多。在众多的工艺影响因素中，熔 温 体出口温度与出口压力是最为关键的两个工艺参数。 检测 考虑到系统的复杂性，本文着重研究了动态流变测试 塑化挤出过程中，模头加热器功率以及螺杆转速与熔 Ａ０３５４ Ａ１３５１ Ｉ ＤＩ ＤＯ ｌ ＡＴ６６４『ＡＴ６６４ 体温度、熔体压力的关系，并通过系统辨识的方法建立 ＣＡＮ Ｉ ＲＳ２３２ ｌ ＤＭ４６５ ｌ ＰＣＣ ２００３ 了聚合物动态流变测试塑化挤出过程中熔体温度与熔 体压力多变量传递函数矩阵形式数学模型。 计算机数据采 集与分析系统 １ 实验装置 ▲图１实验装置系统框图 本研究以聚合物动态流变综合测试仪塑化挤出单 以ＬＬＤＰＥ（牌号：２１８Ｗ，熔融指数：ＭＩ＝１．９４ ｇ／ 元为实验装置…，该装置是在国家自然科学基金资助 １０ ｍｉｎ）为实验原料，加料段、熔融段、计量段、过渡段、 下研制的。实验装置系统框图如图１所示。 模头段加热器功率分别为：１ ｋＷ、１ ｋＷ、１ ｋＷ、３００ Ｗ、 测试数据由数据采集装置获得，数据采集系统与 ５６０ Ｗ。各区温度分别设置为：１６５￣１２、１８０＂１２、１８０＂１２、 Ｂ＆Ｒ ＰＣＣ２００３控制器【２。１之间采用ＲＳ２３２接口，其通 １７５￣１２、１７０￣Ｃ。通过改变壁温以及螺杆转速，测试其阶 讯程序设计采用ＰＶＩ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）技 跃响应数据，研究各加热区温度以及螺杆转速对熔体 术，图１中ＡＩ３５１、ＡＯ３５４为模拟量接口模块，ＤＭ４６５为 出口温度和熔体出口压力的影响。 数字接口模块，ＡＴ６６４为温度接口模块。 ２．１信号测量传感器 ２多变量系统动态特性实验研究 １）熔体温度传感器采用红外温度计，型号：ＲＡＹＧ— ＰＣ，测温范围：一１８～５３８℃； ★国家自然科学基金资助项目（编号：１０５９０３５１） ２）高温熔体压力传感器，型号：ＢＹＹ７７３，测量范 收稿日期：２００７年３月 围：０～４０ ＭＰａ； 机械制造４５卷 第５１７期 ２００７／９回 维普资讯 http://www.cqvip.com ３）壁温测试传感器：Ｋ型热电偶。 ２、２实验测试曲线 ＼ ＼ ２，２，１螺杆速度阶跃测试 通过改变螺杆转速，测量熔体温度以及熔体压力 的阶跃响应曲线，分别如图２、图３所示。其中螺杆转速 赠 捌 赠 由１８ ｒ／ｒａｉｎ提高到４８ ｒ／ｒａｉｎ。 ２，２．２模头段壁温阶跃测试… 通过改变模头段壁温，测量熔体温度以及熔体压 力的阶跃响应曲线分别如图４、图５所示。其中螺杆转速 ＪＪ３２ ｒ／ｒａｉｎ，模头段壁温由１７０℃提高到１９０℃。 ３多变量系统模型辨识Ｉ 圳 ３．１ 系统辨识算法 熔体温度与熔体压力关于模头段加热器的平均功 率以及螺杆转速的响应为一自平衡系统（无积分环 节），而且阶跃实验曲线表现出“过阻尼”特性。因此，可 以采用二阶环节的传递函数来辨识系统数学模型，带 纯迟延自平衡系统二阶环节传递函数的结构可以表示 为如下形式： Ｇ（ｓ）：Ｋｅ…／（ ｓ ＋２ｓ￣Ｔｓ＋１） （１） 利用被控对象阶跃响应数据来辨识对象传递函 数，需辨识的参数包括Ｋ、ｆ、 、 。 其中，增益 由系统输入输出的稳态值直接计 算，若系统输出存在迟延，迟延根据阶跃响应由起始时 ２１１０７／９ 赵 缝 时间／０ ▲图４熔体温度关于模头段壁温的响应曲线 ｍ ＝ ＼ ＼ 赠 刨 赵 竣 时问／ｓ ▲图５熔体压力关于模头段壁温的响应曲线 刻到输出开始出现变化的时刻来近似确定。利用下述 方法拟合已截去纯迟延并已化为无量纲形式的系统阶 跃响应Ｙ （ｆ）。 Ｇ（Ｓ）＝１／（ Ｓ ＋２ ＋１） （２） 式（２）可以变换为： Ｇ（Ｓ）＝１／［ （ｓ＋０９１）（Ｓ＋０）２）】 （３） 式中： ｆ【 －（ｃ ｚ＝（ ＋√ 一１）／ ）／Ｔ （４） 熔体温度与压力阶跃响应实验曲线均表现出“过 阻尼”特性，即： ≥１，由式４可推导出以下关系： Ｉ【 一４ １＋ ２）／２√ １）０１）０２一 ５） ＝（ ２ （与式（１）对应的阶跃响应曲线如下： Ｙ （￡）＝１一 ２ｅ ‘／（ ２一 １）＋ ｌｅ一 ‘／（０）２一 １） 令 ＝ ｌ，（ ≥１）当￡一∞时可计算得： ｌｇ（１一Ｙ （ｆ））＝ｌｇ［一 ／（Ｏｔ一１）】一０）１ｔｌｇｅ ＝ｌｇ［ ／（ 一１）】一０．４３４３ ｆ（６） 上式近似于直线方程Ｙ（￡）＝口ｆ＋ｂ （７） 式中：ｙ（ｔ）：ｌｇ（１一ｙ （ｆ）） ０＝一０．４３４３ １ ｂ＝ｌｇ［ ／（ 一１）】 对于上述直线方程中的待定系数。、ｂ，可以根据 阶跃响应数据，利用最小二乘法原理可确定： 机械制造４５卷 第５１７期 维普资讯 http://www.cqvip.com １７，∑￡ （￡）一∑￡。∑ （￡） ｉ＝１ 一１ ＝１ 通过实验的方法确定增益 的程度。其量纲为：℃／ｗ。 的值，增益Ｋ 指的 是施加一定的加热功率Ｗ进行加热使该区温度升高 ｎ∑ｃ２一∑ｃ ∑ｃ ｒ８） ｉ＝１ ｉ一１ ＝１ ’ｂ＝（∑ （￡）一。∑ ）／ｎ ｉ＝１ ｉ＝１ 由式（７）可得 １、 ２： ｃ￡Ｊｌ＝一２．３口 ＣＯ２＝ＣＯｌ／（１—１０“） 由式（５）计算出：Ｔ、 ３．２ 熔体温度与熔体压力的多变量数学模型辨识 ３．２．１熔体温度、压力的阶跃响应数据 对图２～５中熔体温度、压力阶跃响应数据进行无 量纲处理得到阶跃响应数据如表１、表２所示，其中￡ 为 时间，单位：Ｓ，ｙｉ（￡）为无量纲化处理后的输出响应。 表１ 熔体温度关于模头段温度以及螺杆转速的阶跃响应数据 Ｉ Ⅱ 如 ｙ （ｔ） 如 （ｔ） ２５０ Ｏ．８７１ ２ ８２ ０．８４３ ２３ ２７５ ０．９２３ ５ １０７ ０．８８８ ８９ ３ｏ０ ０、９６０ ７ １３２ ０、９２５ ６８ 拗瑚ｍ ｍ ｍ ｍ∞∞∞加 ３２５ ０．９７５ １５７ ０．９４９ ８８ ３５０ ０．９９０ ２ １８２ ０．９７７ ７５ ３７５ ０、９９５ １８ ２０７ ０．９８９ ７６ ４００ ０、９９８ ３６ ２３２ ０、９９８ ５１ ４２５ ０、９９９ １３ ２５７ ０．９９９ ６３ ４５０ ０、９９９ ５２ 注：Ｉ为熔体温度关于模头段加热器功率的阶跃响应数据； Ⅱ为熔体温度关于螺杆转速的阶跃响应数据。 表２ 熔体压力关于模头段温度以及螺杆转速的阶跃响应数据 Ⅲ Ⅳ 如 ｙｉ（ｔ） Ｙｉ（ｔ） ２２５ ０．８５０ ６ １．２ ０．８８０ ２５ Ｏ Ｏ 加 ２５０ ０．８８７ ５ １．３５ ０．９３４ ０７ ２７５ ０．９２４ １．５ ０．９６１ ５４ ３００ ０．９５４ １、６５ ０．９８２ ３１ ３２５ ０、９７６ ５ １、８ ０、９９２ ３０ ３５０ ０、９８９ ３ １、９５ ０、９９６ １５ ３７５ ０．９９５ ６ ２．１ ０．９９８ ０８ ４Ｏ０ ０．９９８ ３ ２．２５ ０．９９９ ２３ ４２５ ０．９９９ ５ 注：Ⅲ为熔体温度关于模头段加热器功率的阶跃响应数据； Ⅳ为熔体温度关于螺杆转速的阶跃响应数据。 ３．２．２参数的确定（以熔体温度与模头加热器功率关 系为例） 对表１ Ｉ中实验数据进行辨识，有： Ｇ１１（ｓ）＝１／（５８．８ ｓ＋１） 机械制造４５卷 第５１７期 对壁温５段施加２０％的功率进行加热，记录温度数 据，并采用四阶多项式进行拟合，其方程如下： Ｙ＝口＋ｂｌ ＋ｂ２ｘ ＋ｂ３ｘ ＋ｂ４ （ ≤１５０） 式中： 口＝３０．６２５ ｂｌ＝３．８９４ ｂ２＝一０．０３９４ ｂ３＝２．０７６×１０一 ｂ４＝一４．４８５×１０一’ 该方程曲线很好地拟合了实验测得曲线（如图６所 示）。 ＼ 赠 时间／ｓ ｌ▲图６拟合曲线 从图中得到其稳态值为：２０１．０８℃，由壁温５段阶 跃响应实验结果，可以近似将壁温５段增益值取为熔体 温度增益值，因此，有： ＝蠹 ＝ — ＝ ．ｌ＿ ８ 通过系统实验，可以近似确定其延迟时间为： ｌｌ：１５（Ｓ） Ｏ ＯＨ Ｏ因此，熔体温度 Ｏｍ∞∞∞加 关于模头加热段功率 的传 递函数完整形式为： Ｇ 赫 按照上述系统辨识算法，得到动态流变测试塑化 挤出过程中熔体温度与熔体压力的双变量传递函数矩 阵的描述形式： １．８ｅ一１５ｓ ０．２８ 一０．２２ｅ一 ０．４７ 历 ４结束语 以聚合物动态流变综合测试塑化挤出单元为实验 装置，通过大量的系统实验研究了聚合物动态流变测 ２００７／９园 Ｏ 维普资讯 http://www.cqvip.com
面向ＥＡＩ的可靠消息传递技术研究★ 口谢鹏寿 口包仲贤 口兰州赵鹏飞 ７３００５０ 兰州理工大学计算机与通信学院摘要：确保在企业各个应用系统之间消息的可靠传递是企业应用集成的关键，消息中间件是实现企业应用集成的 有力工具之一，它具有消息的异步传输和可靠传输的优点。消息代理是消息中间件的重要组成，消息中间件通过它来实现 消息的可靠传输，从而为应用的集成提供可靠通信服务。 关键词：企业应用集成消息中间件异步通信可靠消息传递 中图分类号：ＴＨ１６６；ＴＰ３９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００—４９９８（２００７）０９—００２２—０４ 信不仅要求发送方应用和接收方应用同时在线，而且 在当今竞争激烈的环境中，企业的发展离不开信 息技术，企业的应用系统从最初的只为部门所用的独 立应用系统发展到能够集物流、信息流以及资金流于 一发送者和接收者还要知道互相的程序对程序的调用接 口。实际情况却是【３１：应用程序并不总是在线；网络硬 件故障往往不可避免；数据的流量具有突发性，可能造 成网络的信息拥塞；某个应用需要立即处理，而另外一 个应用却可以缓一缓。这样，应用之间的可靠性问题变 得非常突出。完成跨平台的应用集成 便成为当前 ＥＡＩ研究的热点问题之一。 体的ＥＲＰ（Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｐｌａｎ）系统等，己经向 前迈进了很大的一步。随着企业业务的扩展，企业越来 越意识到需要互连各种分散系统来协同工作才能满足 业务的需要。与此同时，信息技术和网络技术也在不断 发展，这为企业实现数据流和业务运作的自动化，以及 在互联网上开展电子商务提供了强有力的技术支持。企 业应用集成（Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ＥＡＩ）【ｌ 便 在这种环境下应运而生了。可以说，它的出现是迫切的 商业需求和日趋成熟的技术这两个因素双重驱动的结 果。需求是ＥＡＩ产生和应用的基础，而技术的不断发 展则为ＥＡＩ提供了巨大的推动力［２１。 １ 基于消息中间件的ＥＡＩ ＥＡＩ是以结构化方式集成的技术，它的体系结构 包含通信模式、集成方法、消息中间件以及支撑服务４ 个最基本的模块。这４个模块必须在一个体系结构中互 相连结。由于这些模块的特性和功能各不相同，因此建 立起来的ＥＡＩ体系结构也各异【 。 １．１通信模式 随着企业业务的扩展，不同的应用运行在不同的 计算机上，甚至跨系统、跨网络，需要将这些应用有效 地集成，使不同的应用能够保持良好的通信，真正发挥 应用集成的巨大优势。越来越多的应用程序之间的通 ★国家科技支撑计划项目（编号：２００６ＢＡＦ０１Ａ２１） 收稿日期：２００７年５月 通信模式也就是系统之间相互作用的方式。通信 模式有两种：同步通信和异步通信。同步方式通常用在 发送者需要接收者做出响应和确认的通信环境中。正 是因为发送者与接收者之间需要相互响应，是一种紧 试挤出过程中熔体温度与熔体压力的动态特性。考虑 到系统的复杂性，在众多的影响因素中，选取螺杆转 ３吴大鸣，李晓林，刘颖．单螺杆精密挤出成型技术进展［Ｊ１．中 国塑料，２００３，１７（２）． ４ Ｃｈｉ—Ｈｕａｎｇ Ｌｕ；Ｃｈｉｎｇ—Ｃｈｉｈ Ｔｓａｉ，Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ 速、模头段温度作为操作变量，以ＬＬＤＰＥ为实验原料 进行实验研究，分析了聚合物动态流变测试塑化挤出 过程中模头加热功率、螺杆转速与熔体压力、温度之间 的动态关系，并在此基础上给出了它们之间的传递函 Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ａｎ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ Ｂａｒｒｅｌ ｉｎ ａ Ｐｌａｓｉｔｃ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， ２００１，４８（５）． 数矩阵形式数学模型。 ５陈桂明，张明照．应用ＭＡＴＬＡＢ建模与仿真［Ｍ】．北京：科学 出版社，２００１． 参考文献 １ 瞿金平．基于电磁动态塑化挤出的模头挤出特性的研究［Ｊ１＿ 中国塑料，１９９７，１１（３）． ２张文霞．ＰＣＣ在挤出机温度控制系统中的应用ｆ Ｊ】＿机械制 造，２ＯＯ６，４４． ６宋志安，王文馨．由阶跃响应曲线辨识传递函数的图解法［Ｊ１＿ 山东科技大学学报（自然科学版），２００３，２２（Ｉ）． △ （编辑 凌 云） ２００７／９ 机械制造４５卷 第５１７期