[发明专利]一种3D打印机温度控制系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种3D打印机控制技术领域，更具体地说涉及一种3D打印机温度控制系统及其温度控制方法。

背景技术

现有的3D打印机市场上，用于实现FDM(熔融沉积)打印技术的3D打印机，由于体积小，价格便宜等优势占领了3D打印机相当程度的份额。FDM打印机最重要的一个组成部分就是温度控制系统，FDM打印机工作原理如下，将固体的打印材料加热到一定温度，打印材料融化，从打印头输出，通过空气对流散热固化，由此可以看出打印机对打印材料温度控制在保证产品打印质量方面尤为重要，当温度过低时会影响打印材料的流通性和黏合性，当温度过高又会在一定程度上影响之前已经固化的材料，发生一定的形变，影响成型的精度。

传统应用在3D打印机领域中的温度控制系统主要是利用PID(比例-积分-微分)算法，PID算法在一定程度上满足一般打印需求，但是当需要进一步提高打印精度时，该种算法就难以满足打印需求，主要是因为打印机打印头的温度变化率较高，传统的PID控制存在较大的误差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够有效提高3D打印机打印精度的温度控制系统及其控制方法。

本发明解决其技术问题的解决方案是：

一种3D打印机温度控制系统，包括加热机构、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，所述减法器输出端输出温度理论值与温度实际值之间的温度差参数，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输出温度差变化率参数，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。

本发明的有益效果是：本发明创造在传统的PID温度控制系统上加入模糊运算器，通过该模糊运算器对输入的温度差以及温度差变化率进行计算得到相应的比例系数、积分系数以及微分系数，通过模糊运算器引入本领域技术人员多年的控制经验，模拟本领域工作人员的操作决策，大大提高温度控制准确度，提高打印精度。

本发明创造同时还公开了一种权利要求1所述3D打印机温度控制系统的控制方法，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管栅极的电压大小或者占空比大小，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。