Temperaturregelung PID-Regler beim 3D-Druck · Department of Automatic Control Lund Institute of Technology , 2006 -Kiam Heong Ang, Gregory Chong and Yun Li, PID Control System Analysis,

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Einleitung 3D-Druck PID Berechnung Schaltung Tuning Quellen

TemperaturregelungPID-Regler beim 3D-Druck

Nils-Hendrik Mohrmann

Fachschaft Informatik

15. Juni 2016

Nils-Hendrik Mohrmann Fachschaft Informatik

Temperaturregelung PID-Regler beim 3D-Druck

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Gliederung

Temperaturregelung beim 3D-DruckerEinleitung PID-ReglerPID BerechnungSchaltungTuningSimulationAussichtenQuellen



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Einsatz beim 3D Druck

Temperaturgeregelt:Hot End

Filament benotigt optimale TemperaturDruckbett

Fur die ersten Schichten wichtig



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Motivation

Verbesserung der TemperatursteuerungDruckqualitat optimieren



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Hot End

Heizelement:Heater ring

Sensor:Heißleiter am Druckkopf

Abbildung 1: Aufbau des Hot End’s



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Hot End

Zu hohe Temperatur:Material zu flussigTropfenbildungFadenbildung

Abbildung 2: Drucker zieht kleine Faden



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Hot End

Zu hohe Temperatur:Kuhlt nicht schnell genug abVerformung nach dem Druck

Abbildung 3: Objekt verformt sich



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Druckbett

Temperaturunterschied zugroß:Material zieht sich zusammen

Abbildung 4: Filament lost sich vomDruckbett



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PID - proportional-integral-derivative

Berechnung der Regelung nach:P aktuelle AbweichungI Integral der Abweichung

D Anderungsrate

Abbildung 5: 3 Bereiche, die geregeltwerden



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PID Berechnung

Addition der 3Regelungsberechnungen,die von der Abweichungabhangig sind

Abbildung 6: r = Sollwert, y = Istwert ,e = Abweichung, u = Regelgroße



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PID Berechnung

Formel

u(t) = KPe(t) + KI

∫ t

0e(τ)dτ + KD

de(t)

dt(1)

u Ausgangs/ Regelgroßee AbweichungKP Koeffizient des proportionalen AnteilsKI Koeffizient des Integral AnteilsKD Koeffizient des Ableitungs Anteilsτ Integral Variable



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Analoge Schaltung eines PID

Operationsverstarker zumVergleichenKondensatoren fur dasIntegral/Ableitung

Abbildung 7: Analoger Schaltungskreis



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Digitale Mikroprozessoren

Mikroprozessoren zurBerechnungA-D / D-A Wandlerzwischen Regelung undSensoren/ Steuerung

Abbildung 8: Digitaler Schaltungskreis



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Tuning

Ziele

1. Stabilitat und Robustheit2. Zeitverhalten bis zum eingeschwungenen Zustand3. Robustheit gegen Außeneinflusse



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Tuning

Methoden zur Bestimmung:Experimentelles Ermitteln der Parameter

1. KP halbwegs stabil hochstellen2. KI langsam hochstellen3. KD Dampfung hinzufugen4. KP leicht anheben



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Tuning

Effekte durch die Veranderung der einzelnen Parameter KP , KI , KD

Abbildung 9: Veranderung der einzelnen Parameter



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Simulation

Simulation mit PID Basic (Sysquake)



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Simulation

KP = 3, 4KI = 0KD = 0

Abbildung 10: PID Basic (Sysquake)



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Simulation

KP = 3, 4KI = 1.35KD = 0




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Simulation

KP = 3, 4KI = 1.35KD = 0.35




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Ziegler-Nichols Schwingmethode

Einstellung nach derSchwingmethode

1. KP vergroßern bis zumDauerschwingen (KPkrit

)2. Periodendauer Tkrit

bestimmen3. Anhand der Tabelle die

Parameter berechnen

Abbildung 13: Tabelle zur Ziegler-NicholsSchwingmethode



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Aussichten

Empirisches Einstellen

Ziegler-Nichols Schwingmethode

Einstellung nach der Sprungantwort (Ziegler-Nichols)



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Quellen & Literatur

Paper:-YUN LI, KIAM HEONG ANG, and GREGORY C.Y. CHONG, PID Control System

Analysis and Design”, IEEE CONTROL SYSTEMS MAGAZINE, 2006-Karl Johan Astrom , Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers”,

Department of Automatic Control Lund Institute of Technology , 2006-Kiam Heong Ang, Gregory Chong and Yun Li, PID Control System Analysis, Design,

and Technology”, IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY, 2005-Karl Johan Astrom, Control System Design”, 2002,

http://www.cds.caltech.edu/ murray/courses/cds101/fa02/caltech/astrom-ch6.pdf-Experimental tuning of PID controllers,

http://techteach.no/fag/tmpp250/v06/pidcontrol/pid tuning.pdf



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Quellen & Literatur

Web:http://rn-wissen.de/wiki/index.php/Regelungstechnikhttp://www.cds.caltech.edu/ murray/amwiki/index.php/PID Controlhttp://ateam.lbl.gov/Design-Guide/DGHtm/controlblockalgorithms.htmhttp://www.industrialcontrolsonline.com/training/online/basics-pid-control-proportionalintegralderivativehttps://en.wikipedia.org/wiki/PID controllerhttps://www.simplify3d.com/support/print-quality-troubleshooting/

Simulation:http://www.calerga.com/contrib/1/index.html



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Quellen & Literatur

Abbildungen:

1: http://3dprinting.com/3dprinters/fdm-extruder-hot-ends-with-inductive-heating/2: https://www.simplify3d.com/wp-content/uploads/2015/09/Hairs-And-Stringing.jpg3: https://www.simplify3d.com/wp-content/uploads/2015/09/Over-Heating.jpg4: https://www.simplify3d.com/wp-content/uploads/2015/09/Print-Not-Sticking-To-Bed.jpg5: Feedback Systems: An Introduction for Scientists and Engineers, Astrom S.3026: https://en.wikipedia.org/wiki/File:PID en updated feedback.svg7: http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Datei:Pidregler.gif8: http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Datei:Digreg.gif9: PID Control System Analysis and Design, YUN LI S.3310-12: Screenshots aus PID Basic (Sysquake)13: http://rn-wissen.de/wiki/index.php/Regelungstechnik



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