基于PID 控制的氟塑料膜电晕处理中冷却系统和功率密度的研究

氟塑料膜材料凭借其出色的化学稳定性和耐候性，在包装、建筑以及电子等领域被广泛应用。电晕处理技术通过高频高压放电改变膜材表面结构，从而改善膜材的附着力和表面张力，这是提升氟塑料膜表面性能的关键步骤。不过，电晕处理过程中放电功率和热量释放须要严格把控，以免引发材料过热变形或者处理不均。采用 PID 控制策略来调节冷却系统，并且对功率密度实施合理安排，有益于改进电晕处理过程的可控性和稳定性。文章将会就 PID 控制的应用策略，冷却系统结构改良以及功率密度调节机制展开系统探究。

一、氟塑料膜电晕处理中的关键控制因素

（一） 温度变化对膜材表面特性的影响研究

氟塑料膜在电晕处理过程中受到高频放电，膜材表面的微观结构会发生改变，从而提高其表面活性。放电过程中的热量如果不能及时散出，会导致膜材表面温度上升，这会改变膜材的物理结构和表面能。温度的变化容易导致膜面变形或热缩，造成处理不均匀，还可能降低膜材的力学性能，影响后续加工性能和产品寿命。膜材在不同温度下的电晕反应速率和改性效果有着明显差别，低温可能造成反应不完全，高温容易引发材料热降解。所以在电晕处理过程中，维持膜材表面温度处于合适范围，这是保证处理质量的重要要求。控制系统要有较好的响应速度和调节精度，这样才能有效地控制瞬间升温。

（二） 功率密度变化对处理效率的限制作用

电晕处理效率很大程度上受功率密度控制的影响。功率密度是单位面积膜材所承受的放电功率，它决定电晕放电强度以及对膜面的作用深度。在实际应用中，功率密度过低会致使膜材表面改性不足，不能形成足够的极性基团，进而影响材料表面的润湿性和附着性能。而功率密度过高则容易引起膜材局部过热，介质击穿或者出现不规则放电区域，这些都会严重影响处理的均匀性。由于不同膜材类型对功率密度的适应能力有差别，所以处理参数要依照膜厚，材质和生产速度来灵活调整。处理节拍过快同样加大了功率密度控制的难度，如果控制响应不及时，就会导致膜面烧蚀或者电晕击穿。

（三） 冷却系统响应速度对热控稳定性的影响机制

电晕处理系统当中，热量积聚主要是由于放电产生的高温等离子体造成。如果冷却系统不能及时应对热量变化，膜材表面就会持续升温，最后影响到处理的均匀性和稳定性。传统冷却装置大多采用固定风冷或者水冷的方式，调节速度较慢，在遇到热负荷突然变化的时候容易出现延迟反应的情况。针对这种状况，依靠 PID 算法的冷却控制系统会对温度变化执行连续采样并开展误差运算，随时改变冷却强度和介质流速以此来快速达到膜材表面热量积聚的平衡状态。性能优异的 PID 控制器在确定好目标温度之后，就能根据反馈回来的误差迅速算出输出指令，进而对冷却阀门，风扇或者泵速实施动态调节。这样既提升了系统的反应灵敏度，又减小了热冲击给膜材结构带来的应力风险，从而保证电晕处理的统一性和重复性。

二、PID 控制策略在电晕处理系统中的应用路径

（一） 冷却系统 PID 控制参数的整定机制研究

PID 控制在冷却系统中的应用效果，取决于它所设定的比例、积分和微分参数是否准确无误。比例参数决定了系统对误差的响应程度，积分项修正了系统的长期误差，微分项则用以消除响应过程中的震荡与超调现象。在氟塑料膜电晕处理过程中，温度的变化速度很快，并且具有周期性，所以 PID 参数的整定要兼顾快速响应和系统稳定。人工调参往往由于滞后性和非线性因素无法达到理想的效果，于是采用模型辨识法、Ziegler-Nichols 整定法等自动化参数整定方法就成为了工业实践中的主要选择。经过实验得到系统阶跃响应的数据，就可以建立冷却系统的传递函数模型，进而研究系统的频率响应特性。对 PID 参数展开多轮仿真实验并评估误差之后，就能确定在不同工况下的最佳控制参数组合。

（二） 电晕处理中实时功率调节的 PID 算法设计

电晕处理时，要维持恒定的功率密度，这是保证表面改性均匀性的基本要求。针对不同的膜材规格和生产速度，实施实时功率调节便成了一个复杂的动态控制任务。按照 PID 控制算法设计的功率调节模块，必须创建电源输出，电极电压以及膜速之间的耦合模型，而且还要随时搜集实际输出功率和设定值之间的误差数据。控制系统凭借误差回馈来改变电源功率输出指令，从而做到电晕强度的持续调节。PID 控制在功率调节方面的突出优点就是它有着快速纠偏的能力，在处理条件发生波动的时候，能够及时恢复到设定的功率水平，防止由于功率漂移造成处理深浅不一或者膜材受损。想要提升控制稳定程度，就应当对积分时间以及微分响应做出动态调整，防止因为数据采样滞后或者外界干扰致使系统产生震荡。

（三） 模糊 PID 控制的冷却系统智能化调节模式

要解决传统 PID 控制在非线性、时变系统中响应滞后且调节精度不佳的问题，采用模糊逻辑来改善 PID 控制方案就成了冷却系统智能化的关键举措之一。模糊 PID 控制会把温度偏差及其变化速率通过模糊逻辑进行推理，进而改变比例系数，积分系数以及微分系数的值，令冷却系统在不同的工作条件下自行调整参数，做到精确调控冷却程度。在对氟塑料膜实施电晕处理的时候，由于膜材薄厚存在差别并且输送速度不一样，造成产生的温升幅度也有区别，那么模糊 PID 控制就会依据温度变化趋势迅速修改冷却介质流量或者风扇转速，以此来保持一个相对稳定的处理环境温度。 系统核心模块有模糊规则库，隶属函数，决策机制，能够应对不同控制阶段的外界干扰和系统参数变化。模糊 PID 控制系统要借助高频率温度采集设备和强计算能力的控制平台，对系统动态数据执行实时分析，改善温控响应速度和调节精准度。

（四） 工业连续生产线中 PID 控制策略的集成应用研究

工业化连续生产线对电晕处理系统的稳定性和自动化程度要求更高，PID 控制策略是其关键支撑技术，需要与传动系统、张力控制及检测反馈系统进行集成。在氟塑料膜大批量处理时，膜材运行速度、张力变化和电晕处理强度要保持高度匹配。PID 控制系统通过整合温度传感器、光电检测以及电源反馈信号，达成对各个部分参数的动态联动调节。膜材进入电晕区之前，系统凭借温度预测模型提前加大冷却强度，减小温升滞后风险。 处理时，PID 控制对功率波动和冷却效率实施即时修正，保证各个处理区段的工艺一致。处理结束以后，系统还能用 PID 算法慢慢降低冷却功率，防止温度突然下降引发材料热应力。整个系统凭借PLC 和上位机平台达成可视化监测和参数设定，操作人员可以随时把握工艺状况并加以调整。这种整合控制模式大幅改善了电晕处理过程的稳定度，重复度和生产速率，削减了由于参数波动导致的产品不合格率，给氟塑料膜工业应用给予了可靠支撑。

三、结束语

PID 控制策略在氟塑料膜电晕处理系统中得到应用之后，冷却系统的响应能力有所提高，功率密度调节的稳定性也得到了改善。通过对温度波动以及能量控制的动态管理，膜材的处理一致性得以加强，工艺的整体效率同样被优化。不同的控制算法与系统结构组合起来以后，电晕处理设备的智能化程度便有所提升。针对工业化连续生产的需求，PID控制系统凭借精细化的管理方式，给氟塑料膜表面性能的改进以及生产过程的可靠性赋予了稳固的基础。

参考文献

[1] 王彬 . PID 控制在塑料膜电晕处理设备中的应用研究 [J]. 包 装 工 程，2023，44（05）：181-185. DOI：10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.05.031.

[2] 陈立东 . 基于模糊 PID 控制的膜材电晕处理系统温控研 究 [J]. 电 气 自 动 化，2023，45（02）：96-100. DOI：10.16083/j.cnki.1002-1953.2023.02.020.

[3] 吴俊 . 基于 CAE 的注射模具冷却系统优化设计研究 [J]. 模具与制造技术 ， 2022， 38（4）： 47-53.

[4] 孙涛 . 注射成型模具冷却系统优化与 CAE 模拟分析 [J]. 塑料工业 ， 2021， 49（7）： 115-121.

[5] 王芳 . 塑料注射模具冷却系统的数值模拟与优化方法 [J].工程塑料应用 ， 2020， 48（9）： 98-103.