本文關(guān)鍵詞：MEM（FDM）成型絲寬精度模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

  更多相關(guān)文章： MEM 成型絲寬度 間接測(cè)量 模糊控制 單片機(jī)

【摘要】：隨著增材制造的迅速發(fā)展,人類對(duì)產(chǎn)品的需求有了更高的要求,成本低、周期短、質(zhì)量好、個(gè)性化的產(chǎn)品越來(lái)越受到青睞。其中,熔融擠出成型作為增材制造的典型工藝,自動(dòng)化的成型過(guò)程、廣泛的成型材料、體積小且維護(hù)方便的成型設(shè)備,使其在建筑、輕工、考古、軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、人文藝術(shù)和航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用;但同時(shí),由于其成型材料是半固態(tài)到固態(tài)過(guò)程的轉(zhuǎn)化,成型過(guò)程受到多重因素影響,成型絲的精度難以得到保證。閉環(huán)控制系統(tǒng)具有控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),而其基本條件是要有反饋環(huán)節(jié);由于熔融擠出技術(shù)成型材料的熱塑性和膨脹系數(shù)大等特點(diǎn),使得成型絲的寬度值難以測(cè)量,為成型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)增添了障礙。本文通過(guò)對(duì)MEM成型工藝的深入研究,設(shè)計(jì)出了成型絲寬度模糊控制系統(tǒng),以提高成型絲的精度,保證產(chǎn)品的質(zhì)量。具體的解決方案如下:(1)采用間接法在線測(cè)量MEM成型絲寬度,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的反饋環(huán)節(jié)。由于成型材料的熱塑性和膨脹系數(shù)大的特點(diǎn),直接測(cè)量成型絲的寬度難度大;本文根據(jù)擠出速度、掃描速度、成型絲寬度三者的匹配關(guān)系,通過(guò)檢測(cè)掃描速度和擠出速度間接測(cè)量出成型絲寬度,該方法可靠易實(shí)現(xiàn)且避免引入不必要的誤差,為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供一種新的方法,也為增材制造領(lǐng)域的相似工藝提供一種新的思路。(2)近似建立模糊控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,保證控制精度的同時(shí)提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率。MEM成型系統(tǒng)的被控對(duì)象為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的噴頭裝置,其中步進(jìn)電機(jī)作為系統(tǒng)的主要部分,其非線性、時(shí)變、強(qiáng)耦合的特性,造成系統(tǒng)的參數(shù)甚至結(jié)構(gòu)會(huì)隨著環(huán)境的變化而產(chǎn)生變化,從而給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)難題;本文指出對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化能提高系統(tǒng)的設(shè)計(jì)效率,縮短設(shè)計(jì)的周期。(3)設(shè)計(jì)模糊自整定PID控制器以提高系統(tǒng)控制精度。常規(guī)PID控制器具有算法簡(jiǎn)單、性能良好和可靠性高的優(yōu)點(diǎn),但是受到精確系統(tǒng)模型的制約,控制效果不能滿足本系統(tǒng)的性能要求;模糊自整定PID控制器能根據(jù)當(dāng)前實(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)整控制參數(shù)而不受精確數(shù)學(xué)模型的局限,具有良好的魯棒性和自適應(yīng)性,動(dòng)態(tài)響應(yīng)品質(zhì)及控制效果良好,適用于MEM成型絲寬的系統(tǒng)控制。(4)完成系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)。對(duì)成型控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件電路搭建,并編寫和調(diào)試主程序、速度檢測(cè)程序、模糊PID控制程序和脈沖輸出程序,完成MEM成型絲寬模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。(5)應(yīng)用模糊控制系統(tǒng)完成實(shí)體制造,并與原控制系統(tǒng)的成型件進(jìn)行對(duì)比分析,得出結(jié)論:模糊控制系統(tǒng)能有效改善MEM成型絲寬的精度問(wèn)題,解決原系統(tǒng)在掃描曲率半徑小于3mm的路徑時(shí)不滿足精度要求的問(wèn)題,成型精度提高90%,為產(chǎn)品的成型質(zhì)量提供保障,達(dá)到預(yù)期效果;同時(shí),給增材制造領(lǐng)域其它相似成型技術(shù)的精度控制提供有價(jià)值的參考。
【關(guān)鍵詞】：MEM 成型絲寬度 間接測(cè)量 模糊控制 單片機(jī)
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP273.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第1章 緒論12-18
• 1.1 增材制造概述12-13
• 1.2 增材制造的應(yīng)用13
• 1.3 增材制造精度控制的研究現(xiàn)狀13-16
• 1.4 研究意義和主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 1.4.1 研究意義16
• 1.4.2 主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第2章 熔融擠出成型18-25
• 2.1 熔融擠出成型機(jī)的結(jié)構(gòu)18-21
• 2.1.1 硬件系統(tǒng)18-20
• 2.1.2 軟件系統(tǒng)20-21
• 2.2 成型材料的選取21-22
• 2.3 成型絲寬度間接測(cè)量法的提出22-24
• 2.3.1 成型絲寬度的直接測(cè)量22-23
• 2.3.2 成型絲寬度的間接測(cè)量23
• 2.3.3 間接測(cè)量法條件的驗(yàn)證23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 MEM成型絲寬模糊控制系統(tǒng)建模25-32
• 3.1 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理25-27
• 3.1.1 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)25-26
• 3.1.2 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的工作原理26-27
• 3.2 步進(jìn)電機(jī)升降速控制技術(shù)27-29
• 3.2.1 升降速控制技術(shù)的必要性27-28
• 3.2.2 升降速離散逼近控制技術(shù)28-29
• 3.3 MEM成型絲寬模糊控制系統(tǒng)的工作原理29
• 3.4 建立系統(tǒng)各部分的數(shù)學(xué)模型29-31
• 3.4.1 驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的建模29-30
• 3.4.2 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的建模30-31
• 3.4.3 擠出螺桿系統(tǒng)的建模31
• 3.4.4 光電編碼器系統(tǒng)的建模31
• 3.5 本章小結(jié)31-32
• 第4章 模糊控制器設(shè)計(jì)及其MATLAB仿真32-43
• 4.1 常規(guī)PID控制理論32-33
• 4.1.1 位置式PID控制算法33
• 4.1.2 增量式PID控制算法33
• 4.2 模糊控制理論33-35
• 4.3 模糊自整定PID控制器的設(shè)計(jì)35-40
• 4.3.1 定義變量和模糊化36-37
• 4.3.2 建立模糊控制規(guī)則庫(kù)37-38
• 4.3.3 模糊推理和輸出解模糊化38
• 4.3.4 建立模糊控制表38-40
• 4.4 模糊自整定PID控制器的MATLAB仿真40-42
• 4.5 本章小結(jié)42-43
• 第5章 MEM成型絲寬模糊控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)43-56
• 5.1 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)43-49
• 5.1.1 處理器的選型43-44
• 5.1.2 處理器及其外圍電路44-47
• 5.1.3 編碼器的選型47-48
• 5.1.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選型48-49
• 5.2 硬件抗干擾措施49
• 5.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)49-55
• 5.3.1 單片機(jī)C語(yǔ)言簡(jiǎn)介49-50
• 5.3.2 開(kāi)發(fā)軟件Keil簡(jiǎn)介50-51
• 5.3.3 系統(tǒng)軟件組成51
• 5.3.4 主程序模塊51-53
• 5.3.5 速度檢測(cè)模塊53
• 5.3.6 模糊PID控制器模塊53-54
• 5.3.7 脈沖輸出模塊54-55
• 5.4 本章小結(jié)55-56
• 第6章 成型試驗(yàn)和分析56-60
• 6.1 成型試驗(yàn)平臺(tái)搭建56-57
• 6.2 試驗(yàn)及結(jié)果分析57-59
• 6.3 本章小結(jié)59-60
• 第7章 總結(jié)和展望60-62
• 7.1 本文總結(jié)60
• 7.2 展望60-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 附錄67

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 郭烈恩,劉蘇宜;用于多次切割的快絲機(jī)間隙狀態(tài)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];航空制造技術(shù);2001年05期

2 李永明,史忠科;連續(xù)狀態(tài)模糊控制系統(tǒng)的分區(qū)域穩(wěn)定性分析[J];控制與決策;2001年01期

3 降愛(ài)琴;純遲延對(duì)象的模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真[J];電力學(xué)報(bào);2002年03期

4 吳宏武,劉春燕,石璞;塑料擠出溫度模糊控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研究[J];化工自動(dòng)化及儀表;2002年04期

5 陸榮雙,楊文龍,李鐘俠;工業(yè)萃取中流量模糊控制系統(tǒng)[J];江西有色金屬;2004年03期

6 董永剛;祝龍記;;自動(dòng)車距保持模糊控制系統(tǒng)[J];電氣時(shí)代;2006年08期

7 任志淼;;模糊控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀和展望[J];山西電子技術(shù);2011年02期

8 張守輝;于會(huì)山;胡松;姬小跨;劉新建;;基于模糊控制系統(tǒng)在行車定位中的應(yīng)用[J];煤礦機(jī)械;2012年01期

9 潘有成;;基于模糊控制系統(tǒng)的交通影響程度評(píng)價(jià)模型[J];城市管理與科技;2012年04期

10 R.M.Tong ,茍棱;模糊控制系統(tǒng)的展望[J];國(guó)外自動(dòng)化;1986年05期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李承家;戴冠中;;模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析[A];1996年中國(guó)智能自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];1996年

2 林小峰;廖志偉;徐志偉;;一種模糊控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)軟件[A];1998年中國(guó)智能自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（上冊(cè)）[C];1998年

3 馮曉剛;陳伯時(shí);洪江平;;一類線性對(duì)象的模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性研究[A];1996中國(guó)控制與決策學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1996年

4 竇永豐;張國(guó)會(huì);;模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題分析[A];1995年中國(guó)控制會(huì)議論文集（下）[C];1995年

5 趙明潔;李大們;諸靜;;一類模糊控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析[A];1998年中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];1998年

6 李承家;戴冠中;;模糊控制系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的現(xiàn)狀及新進(jìn)展[A];1997中國(guó)控制與決策學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];1997年

7 毛劍琴;茅洪波;張建剛;;卷染機(jī)模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];1995年中國(guó)智能自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議暨智能自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)成立大會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];1995年

8 侯志林;李秋娥;金毅;;自組織模糊控制系統(tǒng)及其算法研究[A];1994年中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];1994年

9 陳美查;楊煜普;;園區(qū)供水水井電泵恒壓模糊控制系統(tǒng)[A];先進(jìn)制造技術(shù)論壇暨第三屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2004年

10 毛劍琴;茅洪波;張建剛;;工業(yè)卷繞過(guò)程模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[A];1995年中國(guó)控制會(huì)議論文集（下）[C];1995年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 北京碩人科技有限公司;熱力信息管理系統(tǒng)在熱網(wǎng)中的應(yīng)用[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2002年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 鄒恩;混沌優(yōu)化技術(shù)及其在模糊控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];中南大學(xué);2005年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 劉力平;基于LabVIEW的軟管脈沖實(shí)驗(yàn)?zāi)：刂葡到y(tǒng)研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

2 林新英;茶葉烘焙機(jī)溫濕度模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];福州大學(xué);2014年

3 張全軍;基于LabVIEW的ALD真空腔室溫度模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];昆明理工大學(xué);2016年

4 高彪彪;MEM（FDM）成型絲寬精度模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用[D];杭州電子科技大學(xué);2016年

5 張聰霞;模糊控制系統(tǒng)在臨鋼焦化分廠化產(chǎn)車間洗滌、脫酸蒸氨工程中的應(yīng)用研究[D];西安建筑科技大學(xué);2001年

6 張琦;電阻爐非參數(shù)預(yù)估模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D];西安建筑科技大學(xué);2009年

7 鄔昌軍;銅板軋制智能模糊控制系統(tǒng)的應(yīng)用研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2006年

8 劉杰;啤酒發(fā)酵過(guò)程模糊控制系統(tǒng)研究[D];大連理工大學(xué);2003年

9 高俊俠;城市單交叉口交通信號(hào)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真[D];北京工業(yè)大學(xué);2004年

10 劉文峰;船舶航向模糊控制系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2008年

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本文編號(hào)：591572