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基于STM32的三维打印机控制系统研究

基于STM32的三维打印机控制系统研究

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作者：曹文昌西南石油大学

学位级别：硕士

三维打印技术被誉为21世纪的颠覆性技术之一,广泛运用于医疗、制造、交通、航天、教学等各个方面,具有非常广阔的市场前景,三维打印技术的出现直接降低了众多科研领域的研究成本,且效率高、低能耗的特点让三维打印技术愈加受到各个研究... 详细信息

三维打印技术被誉为21世纪的颠覆性技术之一,广泛运用于医疗、制造、交通、航天、教学等各个方面,具有非常广阔的市场前景,三维打印技术的出现直接降低了众多科研领域的研究成本,且效率高、低能耗的特点让三维打印技术愈加受到各个研究领域的重视。本系统针对以熔融沉积成型技术(Fused Deposition Modeling,FDM)为基础的三维打印机,以ARM系列的STM32F103zet6芯片为主控芯片设计了一套三维打印机控制系统。对影响三维打印精度与速度的因素进行了详细论述,利用模糊PID温度控制算法解决了FDM三维打印技术在温度控制上效果较差的问题;针对桌面型三维打印机步进电机在进行打印任务时的工作特点,按照指数型升降速曲线控制方法对电机进行控制,并基于该升降速曲线对步进电机运行控制算法进行了设计,解决了步进电机执行打印任务时存在的过冲和丢步问题。对三维打印机的硬件电路进行了重设计,包括温度控制子系统电路、步进电机驱动子系统电路、光电限位开关电路、通信子系统电路、温度控制子系统电路,对各个子系统的工作原理和设计思路进行了详细介绍。在软件设计方面,为了解决步进电机在快速启动停止时出现的过冲和丢步问题,根据指数型控制法设计了步进电机升降速曲线控制算法,解决了上述问题;设计了模糊PID温度控制算法,实现了在打印工作时的温度自适应调整功能,使耗材得到充分均匀加热,避免了喷头堵塞和拉丝问题;设计了上/下位机通信接口程序,保证数据的准确传输以及对打印状态的监控。最后,以Printer Interface为上位机操作软件,对整个系统进行实际运行测试,在测试时实时监测步进电机的运行状态以及温度的控制情况,并对系统的运行稳定性进行了测试,测试的结果显示,本文设计的基于STM32F103zet6的三维打印机控制系统能够保持稳定的工作状态,通过模糊PID控制实现了温度控制的快速性与准确性,加热过程中超调量不超过3%,且打印过程中温度波动范围在4℃以内;通过步进电机XY轴联动控制,提高了打印分辨率,打印成品出现波浪纹的概率大大降低,打印精度得到了提高。此外,本文所设计控制系统内部资源较多,还可进行后期扩展性功能开发。

关键词：三维打印 STM32F103zet6 电机运行控制模糊PID温度控制

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