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题名木塑材料3DP打印机运动控制系统轨迹跟踪研究
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作者
王琦
刘子昕
王鑫旭
李晓旭
闫承琳
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机构
中国林业科学研究院木材工业研究所
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出处
《林业工程学报》
CSCD
北大核心
2024年第3期127-137,共11页
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基金
中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(CAFYBB2020SY040)。
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文摘
针对木塑材料3DP打印机运动控制系统X轴负载较大而导致CoreXY机构在进行开环控制时打印精度较差的问题,研究3DP打印机的模型预测控制(MPC)智能轨迹跟踪算法,提高打印精度和打印速度。基于黏结剂喷射(3DP)成型工艺和CoreXY机构的传动特点设计了木塑材料3DP打印机运动控制系统,提出了一种适用于3DP打印机的MPC轨迹跟踪策略。采用笛卡尔坐标系下近似圆形切片的打印轨迹作为参考轨迹,建立CoreXY机构A、B电机闭环系统的预测模型,运用MPC理论将打印速度和精度的多约束最优控制问题变为带约束的二次函数进行求解,对比参考轨迹与实际打印轨迹之间的误差,进而研究不同打印速度对轨迹跟踪效果的影响。对仿真结果进行分析计算得出,打印速度在80~400 mm/s范围内,3DP打印机的喷胶位点均可实现对参考轨迹的较准确跟踪,A、B电机皮带位移最大横向误差分别为0.0097和0.0060 mm,X、Y轴横向误差的平均绝对误差分别为0.357和0.362 mm。对比PID控制,MPC控制策略的各项衡量指标都更优,且参数更易整定,横向误差更小,提高了3DP打印机喷射路径的准确度和效率。随着打印速度的降低,MPC控制器的横向误差逐渐减小,系统的轨迹跟踪效果更准确和稳定,最终绘制参考轨迹与实际轨迹形状基本重合。
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关键词
3dp打印机
模型预测控制(MPC)
轨迹跟踪
CoreXY机构
3dp工艺
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Keywords
3dp printer
model predictive control(MPC)
trajectory tracking
CoreXY mechanism
3dp process
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分类号
TS64
[轻工技术与工程]
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