[发明专利]一种3D打印机温度控制系统及其控制方法

权利要求书

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。

3.根据权利要求2所述的温度控制方法，其特征在于：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u_NB(x)_x＝-6＝1，u_NM(x)_x＝-4＝1，u_NS(x)_x＝-2＝1，u_ZO(x)_x＝0＝1，u_PS(x)_x＝2＝1，u_PM(x)_x＝4＝1，u_PB(x)_x＝6＝1。

4.根据权利要求3所述的温度控制方法，其特征在于：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

5.根据权利要求4所述的温度控制方法，其特征在于：所述步骤D03中通过如下公式2，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。