熔融沉积成型技术3D打印机加热系统的模糊自适应PID控制

发布时间：2021-09-13 19:50

　　在熔融沉积成型技术（FDM）3D打印过程中,需要对打印喷头和打印平台加热床进行加热,直到打印材料所需的温度才能开始打印,由于加热系统存在的时间滞后性和稳定性差的缺点,使加热过程既耗时又浪费能源。针对以上问题,采用模糊自适应PID控制方法控制打印喷头和打印平台加热床加热过程,并建立了控制系统Matlab/Simulink仿真模型。仿真结果表明,模糊自适应PID控制方法对FDM 3D打印机加热系统的控制效果优于传统PID控制方法,具有超调量小、响应速度快、控制效果更稳定的优势。 

【文章来源】：吉林大学学报(工学版). 2020,50(01)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

?KI输出曲面图

FDM 3D打印机的成型原理如图1所示，丝状打印耗材经过一个机械轮结构送入炽热的金属喷头中，在热传感器和控制板的监控下，耗材被精确加热到允许温度呈熔融状态后，逐步被挤出到打印平台，层层堆积，完成打印。为防止打印件发生翘边，打印平台常配备加热床加热，以提高打印件质量。但每次打印前，都需要先将喷头从室温加热到耗材需要的温度，并将热床加热到预定温度才能开始打印，这个时间较长，严重制约3D打印机的使用效率；另外，控制方式采用传统PID控制，当打印耗材更换，温度需求变化时，系统稳定性较低，控制效果也不够敏捷。针对FDM 3D打印机加热控制系统存在的弊端，围绕传统控制系统，建立模糊自适应PID控制系统，实现对PID控制器参数的智能调节。模糊自适应PID控制系统结构原理图如图2所示，从图中虚线可知，控制器部分为模糊自适应PID控制器，模糊自适应PID控制器主要分为模糊推理部分以及传统的PID控制部分[5]。模糊自适应PID控制器通过对设定温度T0与反馈温度Tf之间误差e以及误差e相对时间的变化速率进行模糊计算得到控制量，从而改变加热装置热功率P，进而达到调节温度T的目的，使其达到稳定状态，为打印的顺利进行做充足准备。

针对FDM 3D打印机加热控制系统存在的弊端，围绕传统控制系统，建立模糊自适应PID控制系统，实现对PID控制器参数的智能调节。模糊自适应PID控制系统结构原理图如图2所示，从图中虚线可知，控制器部分为模糊自适应PID控制器，模糊自适应PID控制器主要分为模糊推理部分以及传统的PID控制部分[5]。模糊自适应PID控制器通过对设定温度T0与反馈温度Tf之间误差e以及误差e相对时间的变化速率进行模糊计算得到控制量，从而改变加热装置热功率P，进而达到调节温度T的目的，使其达到稳定状态，为打印的顺利进行做充足准备。2 模糊推理方案

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于模糊自适应PID控制的空压机背压控制器设计[J]. 曹婧华,孔繁森,冉彦中,宋蕊辰.  吉林大学学报(工学版). 2018(03)
[2]基于模糊与PID的车辆底盘集成控制系统[J]. 李静,余春贤.  吉林大学学报(工学版). 2013(S1)

博士论文
[1]覆带起重机起升系统双马达同步控制技术研究[D]. 刘晓峰.吉林大学 2012

硕士论文
[1]熔融沉积成型3D打印中翘曲变形的仿真分析与状态识别方法研究[D]. 申玄伟.浙江大学 2018



本文编号：3395239