一种3D打印机温度控制系统及其控制方法技术方案

技术编号:16778588 阅读:21 留言:0更新日期:2017-12-12 23:16
本发明专利技术公开了一种3D打印机温度控制系统,包括加热机构、处理器、减法运算器、微分运算器、模糊运算器、PID控制器、MOS管以及温度传感器,所述处理器输出端以及温度传感器分别与减法运算器输入端相连,所述减法器输出端分别与模糊运算器输入端以及微分运算器输入端相连,所述微分运算器输出端与模糊运算器输入端相连,所述模糊运算器输出端与PID控制器相连,所述PID控制器输出端与MOS管相连,所述MOS管输出端控制流经加热机构的电流。本发明专利技术创造在传统的PID温度控制系统上加入模糊运算器,通过模糊运算器引入本领域技术人员多年的控制经验,模拟本领域工作人员的操作决策,大大提高温度控制准确度,提高打印精度。

A temperature control system for 3D printer and its control method

The invention discloses a 3D printer temperature control system, which comprises a heating mechanism, processor, subtraction operator, differential operator, fuzzy operator, PID controller, MOS tube and a temperature sensor, the processor output and the temperature sensor are respectively and subtraction device is connected with the input end, output of the subtractor end are respectively connected with fuzzy operator input and differential operator input, the differential operator and the output end of the fuzzy arithmetic unit is connected with the input end, the fuzzy operator output end is connected with the PID controller, the PID controller is connected with the output end of the MOS tube, MOS tube current of the output end of the control flow through the heating mechanism. The invention creates a fuzzy arithmetic unit on the traditional PID temperature control system, introduces the control experience of the technical personnel in the field through fuzzy arithmetic unit, and simulate the operation decision of the staff in this field, so as to greatly improve the accuracy of the temperature control and improve the printing accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印机温度控制系统及其控制方法
本专利技术涉及一种3D打印机控制
,更具体地说涉及一种3D打印机温度控制系统及其温度控制方法。
技术介绍
现有的3D打印机市场上,用于实现FDM(熔融沉积)打印技术的3D打印机,由于体积小,价格便宜等优势占领了3D打印机相当程度的份额。FDM打印机最重要的一个组成部分就是温度控制系统,FDM打印机工作原理如下,将固体的打印材料加热到一定温度,打印材料融化,从打印头输出,通过空气对流散热固化,由此可以看出打印机对打印材料温度控制在保证产品打印质量方面尤为重要,当温度过低时会影响打印材料的流通性和黏合性,当温度过高又会在一定程度上影响之前已经固化的材料,发生一定的形变,影响成型的精度。传统应用在3D打印机领域中的温度控制系统主要是利用PID(比例-积分-微分)算法,PID算法在一定程度上满足一般打印需求,但是当需要进一步提高打印精度时,该种算法就难以满足打印需求,主要是因为打印机打印头的温度变化率较高,传统的PID控制存在较大的误差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是:提供一种能够有效提高3D打印机打印精度的温度控制系统及其控制方法。本专利技术解决其技术问题的解决方案是:一种3D打印机温度控制系统,包括加热机构、处理器、减法运算器、微分运算器、模糊运算器、PID控制器、MOS管以及温度传感器,所述处理器输出端以及温度传感器分别与减法运算器输入端相连,所述减法器输出端输出温度理论值与温度实际值之间的温度差参数,所述减法器输出端分别与模糊运算器输入端以及微分运算器输入端相连,所述微分运算器输出端输出温度差变化率参数,所述微分运算器输出端与模糊运算器输入端相连,所述模糊运算器输出端与PID控制器相连,所述PID控制器输出端与MOS管相连,所述MOS管输出端控制流经加热机构的电流。本专利技术的有益效果是:本专利技术创造在传统的PID温度控制系统上加入模糊运算器,通过该模糊运算器对输入的温度差以及温度差变化率进行计算得到相应的比例系数、积分系数以及微分系数,通过模糊运算器引入本领域技术人员多年的控制经验,模拟本领域工作人员的操作决策,大大提高温度控制准确度,提高打印精度。本专利技术创造同时还公开了一种权利要求1所述3D打印机温度控制系统的控制方法,包括以下步骤:步骤A:处理器向减法运算器输出加热机构需要达到温度值a,温度传感器采集当前加热机构的温度值b;步骤B:减法运算器计算温度值a和温度值b的温度差E,并将温度差E输入模糊运算器和微分运算器;步骤C:微分运算器计算温度差E的变化率,即为温度差变化率EC,将温度差变化率EC输入模糊运算器;步骤D:模糊运算器以温度差E以及温度差变化率EC为输入变量,计算得到输出变量比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD;步骤E:将比例系数修正值KP与预先设定的比例系数初始值KP0相加,得到比例系数最终值KP′;将积分系数修正值KI与预先设定的积分系数初始值KI0相加,得到积分系数最终值KI′;将微分系数修正值KD与预先设定的微分系数初始值KD0相加,得到微分系数最终值KD′;将所述比例系数最终值KP′、积分系数最终值KI′以及微分系数最终值KD′输入PID控制器;步骤F:PID控制器以比例系数最终值KP′、积分系数最终值KI′以及微分系数最终值KD′为依据,控制输出到MOS管栅极的电压大小或者占空比大小,控制流经加热机构的电流,控制发热功率;其中步骤D包括以下步骤:步骤D01:设定所述温度差E以及温度差变化率EC的隶属度函数,将输入变量温度差E以及温度差变化率EC模糊化,得到温度差E以及温度差变化率EC的模糊子集;步骤D02:设定比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD的隶属度函数,设定比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD的模糊控制规则表,根据输入的温度差E以及温度差变化率EC,得到模糊化的比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD;步骤D03:将模糊化的比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD进行反模糊处理,得到精确的比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD。进一步作为优选的实施方式,将温度差E、温度差变化率EC、比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD的模糊子集划分成7个变化量[NB(负大),NM(负中),NS(负小),ZO(零),PS(正小),PM(正中),PB(正大)],温度差E、温度差变化率EC、比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD的模糊子集中各个变化量遵循如下表达式1,其中uNB(x)x=-6=1,uNM(x)x=-4=1,uNS(x)x=-2=1,uZO(x)x=0=1,uPS(x)x=2=1,uPM(x)x=4=1,uPB(x)x=6=1。进一步作为优选的实施方式,所述步骤D02中,所述比例系数修正值KP的模糊控制规则表如表1所示,所述积分系数修正值KI的模糊控制规则表如表2所示,所述微分系数修正值KD的模糊控制规则表如表3所示。表1表2表3进一步作为优选的实施方式,所述步骤D03中通过如下公式2,其中V0是解模糊的输出变量,实际上指的是比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD,Vi是指隶属度函数的质心,Ki是指隶属度函数的值,对所述比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD进行解模糊处理。本专利技术的有益效果是:本专利技术在传统的PID温度控制算法中加入模糊运算算法,通过对温度差以及温度差变化率进行模糊运算得到相应的比例系数、积分系数以及微分系数,通过模糊运算算法引入本领域技术人员多年的控制经验,模拟本领域工作人员对于不同输入的温度差以及温度差变化率进行不同的操作决策,大大提高温度控制准确度,提高打印精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然,所描述的附图只是本专利技术的一部分实施例,而不是全部实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。图1是本专利技术温度控制系统的机构框架图;图2是本专利技术温度控制方法的实施例流程图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述,以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然,所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例,而不是全部实施例,基于本专利技术的实施例,本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例,均属于本专利技术保护的范围。另外,文中所提到的所有连接关系,并非单指构件直接相接,而是指可根据具体实施情况,通过添加或减少连接元件,来组成更优的电路结构。本专利技术创造中的各个技术特征,在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。参照图1,本专利技术创造公开了一种3D打印机温度控制系统,包括加热机构、处理器、减法运算器、微分运算器、模糊运算器、PID控制器、MOS管以及温度传感器,所述处理器输出端以及温度传感器分别与减法运算器输入端相连,所述减法器输出端输出温度理论值与温度实际值之间的温度差参数,所述减法器输出端分别与模糊运算器输入端以及微分运算器输入端本文档来自技高网...
一种3D打印机温度控制系统及其控制方法

【技术保护点】
一种3D打印机温度控制系统,包括加热机构,其特征在于:还包括处理器、减法运算器、微分运算器、模糊运算器、PID控制器、MOS管以及温度传感器,所述处理器输出端以及温度传感器分别与减法运算器输入端相连,所述减法器输出端分别与模糊运算器输入端以及微分运算器输入端相连,所述微分运算器输出端与模糊运算器输入端相连,所述模糊运算器输出端与PID控制器相连,所述PID控制器输出端与MOS管相连,所述MOS管输出端控制流经加热机构的电流。

【技术特征摘要】
1.一种3D打印机温度控制系统,包括加热机构,其特征在于:还包括处理器、减法运算器、微分运算器、模糊运算器、PID控制器、MOS管以及温度传感器,所述处理器输出端以及温度传感器分别与减法运算器输入端相连,所述减法器输出端分别与模糊运算器输入端以及微分运算器输入端相连,所述微分运算器输出端与模糊运算器输入端相连,所述模糊运算器输出端与PID控制器相连,所述PID控制器输出端与MOS管相连,所述MOS管输出端控制流经加热机构的电流。2.一种权利要求1所述3D打印机温度控制系统的控制方法,其特征在于包括以下步骤:步骤A:处理器向减法运算器输出加热机构需要达到温度值a,温度传感器采集当前加热机构的温度值b;步骤B:减法运算器计算温度值a和温度值b的温度差E,并将温度差E输入模糊运算器和微分运算器;步骤C:微分运算器计算温度差E的变化率,即为温度差变化率EC,将温度差变化率EC输入模糊运算器;步骤D:模糊运算器以温度差E以及温度差变化率EC为输入变量,计算得到输出变量比例系数修正值KP、积分系数修正值KI以及微分系数修正值KD;步骤E:将比例系数修正值KP与预先设定的比例系数初始值KP0相加,得到比例系数最终值KP′;将积分系数修正值KI与预先设定的积分系数初始值KI0相加,得到积分系数最终值KI′;将微分系数修正值KD与预先设定的微分系数初始值KD0相加,得到微分系数最终值KD′;将所述比例系数最终值KP′、积分系数最终值KI′以及微分系数最终值KD′输入PID控制器;步骤F:PID控制器以比例系数最终值KP′、积分系数最终值KI′以及微分系数最终值KD′为依据,控制输出到MOS管栅极的电压大小,控制流经加热机构的电流,控制发热功率;其中步骤D包括以下步骤:步骤D01:设定所述温度差E以及温度差变化率EC的...

【专利技术属性】
技术研发人员:王建王卫军侯至丞张弓梁松松李均林宁
申请(专利权)人:深圳市中科德睿智能科技有限公司
类型:发明
国别省市:广东,44

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