基于模糊PID的3D打印机精度控制的研究

发布时间：2017-04-18 15:07

  本文关键词：基于模糊PID的3D打印机精度控制的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前3D打印技术被越来越多的人所接受,而这种将数字化模型文件快速的转化成金属、塑料或者生物材料等的技术也越来越被看好,具有非常广阔的前景。越来越多的动手爱好者开始认识接触到了桌面级3D打印机,这类型3D打印机具有价格便宜,占用空间小,打印耗材廉价等优点。但是此类3D打印机在打印精度上一般达不到工业级3D打印机的打印精度。本文先对选题背景和意义做了介绍,并且分析了国内外的发展现状。对影响桌面级3D打印机成型精度的因素进行综合分析,主要以打印头温度控制为研究对象进行分析。通过分析3D打印机系统的具体性能要求,选择出合适的零配部件。如电机,驱动以及主控芯片。在大致的零配部件已经确定的情况下,介绍了3D打印机的加热结构,并分析了温度因素对打印精度的影响。温度的高低直接影响到了喷嘴对挤出丝的成型效果。温度过高会使流出打印头的材料带有过多的余温,影响其冷却成型,并且还会通过热传导效应影响之前已经冷却凝固的部分。温度过低则会影响到打印丝的流通性,造成出丝断续,模型之间的结合度不够紧密。因此温度对打印机的精度影响较大。同时打印机的加热系统温度变化大,温升快,通过介绍PID控制和模糊控制的优缺点,提出通过将两种控制器相结合,形成模糊PID控制器来达到对温度控制精度的要求以及快速反应的目的。通过建立模糊控制规则,模糊化与反模糊化,以及反模糊化的常用方法来实现模糊PID控制的效果。除介绍了控制方法外,同时介绍了3D打印机整机的硬件组成部分。包括控制板、电机和外壳框架。着重分析介绍了主控制板的每个组成模块,对元器件及所实现的功能和原理进行了详细的分析。主要包括了显示屏,驱动输出,功率输出和USB等模块。有了以上模块,可以轻松实现通过USB连接电脑,通过上位机软件和切片软件相互配合完成联机打印模型的功能。同时,显示屏模块可以提供TF卡槽,通过将切片软件形成的G代码存储在内存卡中实现脱机打印。
【关键词】：3D打印 模糊PID STM32
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP334.8;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-18
• 1.1 课题研究背景及意义14-15
• 1.2 国内外3D打印机发展现状15-16
• 1.2.1 国外3D打印机发展现状15-16
• 1.2.2 国内3D打印机发展现状16
• 1.3 本文主要研究内容16-17
• 1.4 论文结构安排17-18
• 2 3D打印机系统技术18-24
• 2.1 3D打印机系统关键技术18-19
• 2.1.1 机械结构的稳定性18
• 2.1.2 传动结构的高效性18
• 2.1.3 运动控制系统的精确性18-19
• 2.1.4 温度控制系统19
• 2.2 3D打印机动态性能分析19-22
• 2.2.1 3D打印机运行受力分析19-20
• 2.2.2 电机动力性能分析20-21
• 2.2.3 喷头温度对精度影响分析21-22
• 2.3 打印机电机系统要求22-23
• 2.3.1 电机的功率要求22-23
• 2.3.2 电机驱动要求23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 打印机加热模糊PID温度控制24-44
• 3.1 3D打印机加热结构及原理24-26
• 3.1.1 3D打印机加热结构24-25
• 3.1.2 3D打印机加热原理25
• 3.1.3 3D打印机加热头温度影响的因素25-26
• 3.1.4 温度控制方案的选取26
• 3.2 控制理论发展概述26-33
• 3.2.1 PID控制27-29
• 3.2.2 模糊控制29-33
• 3.3 模糊PID控制器33-39
• 3.3.1 打印机温度控制器33
• 3.3.2 控制器结构的设计33-34
• 3.3.3 建立控制规则34-37
• 3.3.4 模糊化、反模糊化37-39
• 3.3.5 采样时间的确定39
• 3.4 软件处理39-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 打印机系统的软硬件实现44-62
• 4.1 主控制板44-54
• 4.1.1 主控芯片45
• 4.1.2 降压模块45-46
• 4.1.3 USB接口46-47
• 4.1.4 显示屏及接口47-49
• 4.1.5 功率输出模块49
• 4.1.6 驱动输出模块49-54
• 4.2 步进电机54-56
• 4.2.1 步进电机简介54
• 4.2.2 步进电机及驱动系统特点54-55
• 4.2.3 混合式步进电机结构55-56
• 4.3 打印机外壳机身56-57
• 4.4 软件部分57-60
• 4.5 本章小结60-62
• 5 总结62-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 作者简介及读研期间主要科研成果69

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