本發(fā)明涉及溫度控制，更具體地說，涉及一種具有學(xué)習(xí)機(jī)制的三維打印機(jī)溫度控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著三維打印技術(shù)的迅猛發(fā)展，熔融沉積成型打印機(jī)在精度與效率方面的需求不斷攀升。如圖1所示，溫度控制是熔融沉積成型打印過程中的核心環(huán)節(jié)，它直接決定了打印質(zhì)量和過程的穩(wěn)定性。噴頭溫度的穩(wěn)定性與精確性對于確保打印過程的連續(xù)性和質(zhì)量至關(guān)重要。噴頭溫度控制面臨的主要挑戰(zhàn)包括：(1)高溫度變化率，尤其是在加熱階段，需要迅速達(dá)到設(shè)定溫度；(2)在打印過程中維持熔體的穩(wěn)定狀態(tài)，以避免溫度波動(dòng)；(3)傳統(tǒng)的pid控制策略自適應(yīng)性不足，易導(dǎo)致過調(diào)和振蕩。針對這些挑戰(zhàn)，已有的改進(jìn)方法包括模糊pid控制、參數(shù)提取的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證以及系統(tǒng)電路的集成。模糊pid控制結(jié)合了模糊控制的自適應(yīng)性和pid控制的精確性，旨在提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。模糊控制能夠處理不精確或不確定的信息，通過模糊規(guī)則庫進(jìn)行推理，動(dòng)態(tài)調(diào)整pid參數(shù)以適應(yīng)多變的打印條件。然而，這種方法需要構(gòu)建一套模糊規(guī)則表，而外部環(huán)境的變化可能導(dǎo)致規(guī)則表的不準(zhǔn)確甚至失效。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證參數(shù)提取方法通過實(shí)驗(yàn)和仿真來確定最適合特定打印材料和環(huán)境的pid參數(shù)，但這種方法需要大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，應(yīng)用范圍有限。系統(tǒng)電路集成方法通過將溫度控制系統(tǒng)與其他打印機(jī)組件(如送絲速度、打印速度)集成，實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制，從而提高整個(gè)打印過程的協(xié)調(diào)性和效率。盡管如此，該方法在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度較大。

2、在三維打印技術(shù)的研究領(lǐng)域，溫度控制是確保打印質(zhì)量和效率的核心要素。盡管當(dāng)前的研究多聚焦于基于系統(tǒng)模型的集成控制策略，但這些策略的有效性高度依賴于模型的準(zhǔn)確性，這在實(shí)際應(yīng)用中往往難以保證。模型精度受限于材料特性、環(huán)境條件和打印機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)等多種因素。在不同的操作環(huán)境中，控制系統(tǒng)的內(nèi)部參數(shù)可能發(fā)生顯著變化，影響模型的準(zhǔn)確性。同時(shí)，由于溫度控制過程的非線性特性，系統(tǒng)對外部干擾(如噪聲、磁場或溫度波動(dòng))的魯棒性較低。這些因素疊加，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中的穩(wěn)定性和可靠性不足。

3、噴頭電阻對溫度的敏感性導(dǎo)致控制系統(tǒng)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性和不確定性，使得系統(tǒng)模型的構(gòu)建變得極為復(fù)雜。與傳統(tǒng)的基于模型的三維打印機(jī)溫度控制器相比，無模型控制方法，特別是那些具備學(xué)習(xí)機(jī)制的方法，更適合于溫度控制。這些方法無需依賴于精確的系統(tǒng)模型，并且能夠根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)環(huán)境進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，提供一種具有學(xué)習(xí)機(jī)制的三維打印機(jī)溫度控制方法，無需精確的系統(tǒng)模型就可以實(shí)現(xiàn)三維打印機(jī)的溫度控制，提升了收斂速度和魯棒性。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種具有學(xué)習(xí)機(jī)制的三維打印機(jī)溫度控制方法，包括：

4、s1，初始化步驟；

5、設(shè)置三維打印機(jī)溫度控制系統(tǒng)在t時(shí)刻輸出到噴頭理想的溫度數(shù)值nd(t)，t＝{0,1,2,3,…,tm}，tm為最大運(yùn)行時(shí)間；檢測t時(shí)刻的噴頭溫度數(shù)值m(t)，令m(t)＝m1(t)＝m0(t)，m0(t)表示初始迭代時(shí)t時(shí)刻的噴頭溫度數(shù)值；m1(t)表示第一次迭代時(shí)t時(shí)刻的噴頭溫度數(shù)值；將最大迭代學(xué)習(xí)次數(shù)設(shè)置為jmax；將迭代次數(shù)j設(shè)置為2；

6、s2，噴頭溫度計(jì)算步驟；

7、計(jì)算第j次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻的噴頭溫度mj(t)，如下：

8、

9、其中，mj-1(t)表示第j-1次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻的噴頭溫度；λ表示三維打印機(jī)溫度控制系統(tǒng)輸入的權(quán)重因子，λ＞0；δt為搜索步長，且0＜δt＜1；為對未知三維打印機(jī)溫度控制系統(tǒng)θ(t)估計(jì)的系統(tǒng)模型；nd(t+1)表示t+1時(shí)刻理想的噴頭溫度數(shù)值；nj-1(t+1)表示第j-1次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t+1時(shí)刻檢測到的系統(tǒng)輸出溫度數(shù)值；和分別表示第j-1次和j次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻對外部未知干擾s(t)的估計(jì)；wj(t)表示第j次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻對外部未知干擾s(t)的未知權(quán)重估計(jì)系數(shù)；

10、第j次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻的表示如下：

11、

12、

13、其中，表示第j-1次迭代時(shí)t時(shí)刻的估計(jì)系統(tǒng)模型；εt為搜索步長且0＜εt＜1；η表示三維打印機(jī)溫度控制系統(tǒng)輸入估計(jì)的權(quán)重因子，η＞0；mj-2(t)表示第j-2次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻的噴頭溫度；wj-1(t)表示第j-1次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻對外部未知干擾s(t)的未知權(quán)重估計(jì)系數(shù)；nj-2(t+1)是第j-2次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t+1時(shí)刻的系統(tǒng)輸出溫度數(shù)值；表示第j-2次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻對外部未知干擾s(t)的估計(jì)；

14、第j次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻的表示如下：

15、

16、其中，γt是搜索步長且0＜γt＜1；wj-2(t)表示第j-2次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻對外部未知干擾s(t)的未知權(quán)重估計(jì)系數(shù)；σ表示三維打印機(jī)溫度控制系統(tǒng)未知權(quán)重估計(jì)的權(quán)重因子，σ＞0；

17、第j次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻的wj(t)，表示如下：

18、

19、其中，βt為搜索步長且0＜βt＜1；α表示三維打印機(jī)溫度控制系統(tǒng)外部未知干擾估計(jì)的權(quán)重因子，α＞0；

20、s3，估計(jì)系統(tǒng)模型判斷步驟；

21、判斷或是否成立，如果成立，則執(zhí)行否則，返回s2；其中，κ為系統(tǒng)估計(jì)復(fù)位系數(shù)，sign(·)是符號函數(shù)；

22、s4，外部未知干擾估計(jì)判斷步驟；

23、判斷或是否成立，如果成立，則執(zhí)行否則，返回s2；其中，ξ為外部干擾復(fù)位系數(shù)；

24、s5，外部未知干擾的未知權(quán)重估計(jì)系數(shù)誤差判斷步驟；

25、判斷|wj(t)-wj-1(t)|≤ξ2是否成立，如果成立，則執(zhí)行wj(t)＝w1(t)，否則，返回s2；其中，ξ2為外部干擾權(quán)重復(fù)位系數(shù)；

26、s6，噴頭溫度誤差判斷步驟；

27、判斷|mj(t)-mj-1(t)|≤κ2是否成立，如果成立，則執(zhí)行mj(t)＝m1(t)，否則，返回s2；其中，κ2為系統(tǒng)輸入復(fù)位系數(shù)；

28、s7，迭代學(xué)習(xí)次數(shù)判斷及系統(tǒng)溫度輸出步驟；

29、執(zhí)行j＝j(luò)+1，判定j＜jmax是否成立，如果成立，則重復(fù)執(zhí)行s2～s7；否則，停止操作，輸出檢測到的第jmax次迭代學(xué)習(xí)時(shí)t時(shí)刻的三維打印機(jī)溫度控制系統(tǒng)輸出的溫度數(shù)值

30、由上述對本發(fā)明的描述可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

31、(1)本發(fā)明一種具有學(xué)習(xí)機(jī)制的三維打印機(jī)溫度控制方法，基于對未知三維打印機(jī)溫度控制系統(tǒng)估計(jì)的系統(tǒng)模型外部未知干擾的估計(jì)以及外部未知干擾的未知權(quán)重估計(jì)系數(shù)wj(t)，迭代計(jì)算出系統(tǒng)輸入即噴頭溫度mj(t)，進(jìn)而檢測出系統(tǒng)輸入溫度對應(yīng)的系統(tǒng)輸出溫度nj(t+1)，并在達(dá)到迭代次數(shù)時(shí)，檢測出三維打印機(jī)溫度控制系統(tǒng)輸出的溫度數(shù)值，以實(shí)現(xiàn)對三維打印機(jī)溫度的控制；

32、(2)本發(fā)明方法只有在估計(jì)系統(tǒng)模型、外部未知干擾估計(jì)以及外部未知干擾的未知權(quán)重估計(jì)系數(shù)均滿足預(yù)設(shè)條件時(shí)，才進(jìn)入下一個(gè)迭代，具有較好的收斂速度和魯棒性。