[發明專利]一種3D打印機溫度控制系統及其控制方法

在審

• 申請號: 201710607142.8
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107463192A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 王建;王衛軍;侯至丞;張弓;梁松松;李均;林寧
• 申請（專利權）人: 深圳市中科德睿智能科技有限公司
• 主分類號: G05D23/20
• 分類號: G05D23/20
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司44205
• 代理人: 王國標

技術領域

本發明涉及一種3D打印機控制技術領域，更具體地說涉及一種3D打印機溫度控制系統及其溫度控制方法。

背景技術

現有的3D打印機市場上，用于實現FDM(熔融沉積)打印技術的3D打印機，由于體積小，價格便宜等優勢占領了3D打印機相當程度的份額。FDM打印機最重要的一個組成部分就是溫度控制系統，FDM打印機工作原理如下，將固體的打印材料加熱到一定溫度，打印材料融化，從打印頭輸出，通過空氣對流散熱固化，由此可以看出打印機對打印材料溫度控制在保證產品打印質量方面尤為重要，當溫度過低時會影響打印材料的流通性和黏合性，當溫度過高又會在一定程度上影響之前已經固化的材料，發生一定的形變，影響成型的精度。

傳統應用在3D打印機領域中的溫度控制系統主要是利用PID(比例-積分-微分)算法，PID算法在一定程度上滿足一般打印需求，但是當需要進一步提高打印精度時，該種算法就難以滿足打印需求，主要是因為打印機打印頭的溫度變化率較高，傳統的PID控制存在較大的誤差。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種能夠有效提高3D打印機打印精度的溫度控制系統及其控制方法。

本發明解決其技術問題的解決方案是：

一種3D打印機溫度控制系統，包括加熱機構、處理器、減法運算器、微分運算器、模糊運算器、PID控制器、MOS管以及溫度傳感器，所述處理器輸出端以及溫度傳感器分別與減法運算器輸入端相連，所述減法器輸出端輸出溫度理論值與溫度實際值之間的溫度差參數，所述減法器輸出端分別與模糊運算器輸入端以及微分運算器輸入端相連，所述微分運算器輸出端輸出溫度差變化率參數，所述微分運算器輸出端與模糊運算器輸入端相連，所述模糊運算器輸出端與PID控制器相連，所述PID控制器輸出端與MOS管相連，所述MOS管輸出端控制流經加熱機構的電流。

本發明的有益效果是：本發明創造在傳統的PID溫度控制系統上加入模糊運算器，通過該模糊運算器對輸入的溫度差以及溫度差變化率進行計算得到相應的比例系數、積分系數以及微分系數，通過模糊運算器引入本領域技術人員多年的控制經驗，模擬本領域工作人員的操作決策，大大提高溫度控制準確度，提高打印精度。

本發明創造同時還公開了一種權利要求1所述3D打印機溫度控制系統的控制方法，包括以下步驟：

步驟A：處理器向減法運算器輸出加熱機構需要達到溫度值a，溫度傳感器采集當前加熱機構的溫度值b；

步驟B：減法運算器計算溫度值a和溫度值b的溫度差E，并將溫度差E輸入模糊運算器和微分運算器；

步驟C：微分運算器計算溫度差E的變化率，即為溫度差變化率EC，將溫度差變化率EC輸入模糊運算器；

步驟D：模糊運算器以溫度差E以及溫度差變化率EC為輸入變量，計算得到輸出變量比例系數修正值KP、積分系數修正值KI以及微分系數修正值KD；

步驟E：將比例系數修正值KP與預先設定的比例系數初始值KP₀相加，得到比例系數最終值KP′；將積分系數修正值KI與預先設定的積分系數初始值KI₀相加，得到積分系數最終值KI′；將微分系數修正值KD與預先設定的微分系數初始值KD₀相加，得到微分系數最終值KD′；將所述比例系數最終值KP′、積分系數最終值KI′以及微分系數最終值KD′輸入PID控制器；

步驟F：PID控制器以比例系數最終值KP′、積分系數最終值KI′以及微分系數最終值KD′為依據，控制輸出到MOS管柵極的電壓大小或者占空比大小，控制流經加熱機構的電流，控制發熱功率；

其中步驟D包括以下步驟：

步驟D01：設定所述溫度差E以及溫度差變化率EC的隸屬度函數，將輸入變量溫度差E以及溫度差變化率EC模糊化，得到溫度差E以及溫度差變化率EC的模糊子集；

步驟D02：設定比例系數修正值KP、積分系數修正值KI以及微分系數修正值KD的隸屬度函數，設定比例系數修正值KP、積分系數修正值KI以及微分系數修正值KD的模糊控制規則表，根據輸入的溫度差E以及溫度差變化率EC，得到模糊化的比例系數修正值KP、積分系數修正值KI以及微分系數修正值KD；

步驟D03：將模糊化的比例系數修正值KP、積分系數修正值KI以及微分系數修正值KD進行反模糊處理，得到精確的比例系數修正值KP、積分系數修正值KI以及微分系數修正值KD。