三维成型系统的四轴联动控制及双温度预测反馈研究

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1、西安科技大学硕士学位论文三维成型系统的四轴联动控制及双温度预测反馈研究专业名称：系统工程作者姓名：李晨指导教师：侯媛彬学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了致谢。学位论文作者签名：日期：论文题目：三维成型系统的四

2、轴联动控制及双温度预测反馈研究专业：系统工程硕士生：李晨(签名)指导教师：侯媛彬(签名)摘要三维成型作为快速成型技术的一种，已经成为现代制造加工业生产链中的新兴技术，被广泛地应用到各行各业。目前国内外学者及公司对三维成型机的研究多致力于应用领域的扩展及软硬件的开发。在对三维成型机控制系统的研究方面略显不足。因此改善和提高三维成型机控制系统的精确度及稳定性是有必要的。本文以桌面级三维成型机为研究对象，根据成型机的工作原理设计了XYZP四轴的运动方式，建立了符合桌面级标准的三维成型系统。整个三维成型系统包括3D建模、

3、图形切片、成型控制等环节。其控制子系统主要包括四轴步进电机运动控制与热床及热喷头双温度预测反馈控制。首先在三维成型系统总体设计方案的基础上，对系统中具体所用到的控制器件进行了选型，主要包括热床及热喷头温度传感器、四轴步进电机、主控制芯片、显示模块及风扇等，除此之外还对主控制芯片的外围控制电路等进行了设计；其次针对三维成型机运动控制系统在PID控制方面出现的参数适应性差从而影响成型效果的问题，建立了XYZP四轴运动控制系统的模型，并提出利用BP神经网络算法对其参数进行实时整定。通过BP神经网络实时整定PID参数的途

4、径对四轴运动进行了优化协调控制；之后针对三维成型机的热床及热喷头双温度控制系统的时变性及大滞后性对成型效果及热喷头寿命的影响，提出一种基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的双温度预测反馈机制来改善双温度控制系统滞后性带来的影响；在软件分析及调试方面，对三维成型系统各个环节涉及到的具体软件进行了分析及参数设置说明。对主控制成型软件进行了详细的调试说明并通过具体模型对系统进行了可行性实验验证，成型效果符合设计要求。本文所提出的基于BP神经网络PID对四轴运动的优化协调控制的方法，在对PID参数做出实时整定后，提高了

5、系统的成型效果，增强了系统的适应性及稳定性。在双温度控制方面，所提出的基于最小二乘支持向量机的预测反馈机制，改善了温度控制系统的滞后性，延长了热喷头的使用寿命。上述两种措施的提出为三维成型机在控制方面的改善与提高提供了理论依据。关键词：三维成型；PID控制；BP神经网络；LS-SVM；温度预测反馈研究类型：应用研究Subject:TheResearchofThree-dimensionalMoldingSysteminFourAxesLinkageControlandDualTemperaturePredicti

6、onFeedbackSpecialty:SystemEngineeringName:ChenLi(Signature)Instructor:YuanBinHou(Signature)ABSTRACTThree-dimensionalmoldingasakindofrapidmoldingtechnology,hasbecometheemergingtechnologyinmodernmanufacturingindustryproductionchain.Itiswidelyappliedtoallwalksof

7、life.Scholarsathomeandabroadandtheresearchofthreedimensionalmoldingmachinecompanymorecommittedtotheexpansionoftheapplicationfieldsandthedevelopmentofsoftwareandhardware.Thestudyofthreedimensionalmoldingmachinecontrolsystemisshownslightlyshortfalls.Thusimprove

8、andenhancetheaccuracyofthethree-dimensionalmoldingmachinecontrolsystemanditsstabilityisnecessary.Basedonthedesktoplevelthree-dimensionalmoldingmachineastheresearchobject,accordingtothewor