一种基于3D打印喷头的粒子群模糊Smith温度控制方法技术

本发明专利技术属于温度控制领域，具体涉及一种基于3D打印喷头的粒子群模糊Smith温度控制方法。包括如下步骤：步骤(1)：采用ATMEGA2560‑16AU PWM+GP8101产生可变直流电压，根据系统辨识结果设计模糊PID控制模型；步骤(2)：建立Smith算法模型，得出系统由延时所差生的误差；步骤(3)：建立粒子群算法程序，得出比例因子和量化因子最优值；步骤(4)：将上述步骤中所设计的模糊PID算法、Smith算法、粒子群算法结合起来，建立整体控制模型，从而实现对3D打印喷头的温度控制。本发明专利技术有效地解决了传统控制方法控制精度低的问题，解决了由延时带来的系统不稳定问题；仿真结果验证了其有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印喷头的粒子群模糊Smith温度控制方法
本专利技术属于温度控制领域，具体涉及一种基于3D打印喷头的粒子群模糊Smith温度控制方法。
技术介绍
对于3D打印机温度的控制，目前主流的方式还是通过PID方式进行调节。PID方式在很大一部分程度上可以满足一般的打印需求，但是当需要打印的物体精度要求更高时，可能会在一定程度上无法满足对精度的需求。这是因为打印机喷嘴的温度变化率较高，可以在很短的时间能上升几十度，反应度很高。通过常规的PID调节，在打印速度不高的情况下，可以大致上满足需求。但是当打印速度加快时，对温度控制产生的误差就会较大，温度过低时会影响到耗材的流通性和黏合性；温度过高又会在一定程度上之前熔化己经固化的耗材，发生一定的形变，影响成型的精度，对于含能材料3D打印领域，由于含能材料对于温度较为敏感，温度精度直接影响了含能材料打印的成型效果。现有的温度控制方法存在如下问题：(1)3D打印机喷头温度控制系统，由于传统PID算法由于参数值固定，存在着超调量过大，稳态时间过长等问题；(2)在模糊控制中，由于比例因子与量化因子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于3D打印喷头的粒子群模糊Smith温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤(1)：采用ATMEGA2560-16AU PWM+GP8101产生可变直流电压，根据系统辨识结果设计模糊PID控制模型；/n步骤(2)：建立Smith算法模型，得出系统由延时所差生的误差；/n步骤(3)：建立粒子群算法程序，得出比例因子和量化因子最优值；/n步骤(4)：将上述步骤中所设计的模糊PID算法、Smith算法、粒子群算法结合起来，建立整体控制模型，从而实现对3D打印喷头的温度控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印喷头的粒子群模糊Smith温度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤(1)：采用ATMEGA2560-16AUPWM+GP8101产生可变直流电压，根据系统辨识结果设计模糊PID控制模型；
步骤(2)：建立Smith算法模型，得出系统由延时所差生的误差；
步骤(3)：建立粒子群算法程序，得出比例因子和量化因子最优值；
步骤(4)：将上述步骤中所设计的模糊PID算法、Smith算法、粒子群算法结合起来，建立整体控制模型，从而实现对3D打印喷头的温度控制。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)具体为：在模糊PID模型中将比例因子以及量化因子设为es、ecs和ps、is、ds，在粒子群程序中将输出量也设为es、ecs和ps、is、ds，粒子群算法的输出就成为了模糊PID的输入，同时将模糊PID模型中适应度函数中所需要的量引出作为粒子群算法的输入，这样模糊PID就与粒子群算法结合了起来；最后将Smith算法得到的误差引入到总误差中，完成了整个模型的建立。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：使用ATMEGA2560-16AU模拟口产生周期可变的PWM波，将其接入GP8101芯片，产生可变直流电压，将此电压接入加热棒中，使用不同的直流电压进行系统辨识；
温度控制系统近似为一阶惯性延时系统，其传递函数表现为：



式中：s-复频率
设计模糊PID控制模型还需要确定输入输出模糊论域、比例因子、模糊子集和隶属度函数、模糊规则、去模糊方法以及量化因子。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述输入输出模糊论域具体为：以误差e、误差变化率ec为输入，以ΔKp、ΔKi、ΔKd为输出，误差及误差变化率的模糊论域范围为[-3,3]，ΔKp、ΔKi、ΔKd模糊论域的范围为[-3,3]；
所述模糊子集和隶属度函数：将模糊论域划分为七个模糊子集，对每一个模糊子集的范围以及隶属度函数详解如下：
误差(e)：模糊论域范围为[-3,3]，划分为七个模糊子集{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，各模糊子集对应的隶属度函数及其定义域如下表所示：









NB
gaussmf
[0.4248-3]


NM
trimf
[-3-1.999-1]


NS
trimf
[-1.999-10]


ZO
gaussmf
[0.031830]


PS
trimf
[011.999]


PM
trimf
[11.9993]


PB
gaussmf
[0.42543]






误差变化率(ec)：模糊论域范围为[-3,3]，划分为七个模糊子集{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，其隶属度函数以及定义域如下表所示：









NB
gaussmf
[0.4248-3]


NM
trimf
[-3-2-1]


NS
trimf
[-2-10]


ZO
gaussmf
[0.12740]


PS
trimf
[012]


PM
trimf
[123]


PB
gaussmf
[0.42542.921]






ΔKp：模糊论域范围为[-3,3]，划分为七个模糊子集{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，其隶属度函数以及定义域如下表所示：






ΔKi：模糊论域范围为[-3,3]，划分为七个模糊子集{NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB}，其隶属度函数以及定义域如下表所示：

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【专利技术属性】
技术研发人员：黄玲，唐瑞，万重重，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32