本發(fā)明涉及鍛造機控制的，具體是一種高精度徑向鍛造機控制系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術：

1、徑向鍛造是將金屬材料通過徑向力的作用使其變形并獲得預定的形狀的一種重要的金屬加工工藝。傳統(tǒng)徑向鍛造機主要依靠手動操作和反饋控制，例如通過傳感器監(jiān)測壓力、溫度等參數(shù)，并對鍛造工序進行調節(jié)。然而，由于該控制方式存在滯后性、穩(wěn)定性差等問題，難以保證鍛造過程的精度和一致性。例如，在鍛造過程中，壓力和溫度的波動會導致零件尺寸和形貌不準確，難以滿足高精度要求。

2、傳統(tǒng)徑向鍛造機控制系統(tǒng)存在精度不足、鍛造過程不夠穩(wěn)定等問題，難以滿足高精度鍛造的需求。

3、主要原因是傳統(tǒng)控制系統(tǒng)沒有充分考慮原材料的特性、鍛造參數(shù)之間的相互作用以及鍛造過程中的實時變化，導致控制精度低，穩(wěn)定性差。

4、傳統(tǒng)控制方法主要基于經驗性調整和簡單反饋，缺乏對整個鍛造過程的實時動態(tài)控制，無法有效地消除誤差和偏差，導致鍛造精度下降。

5、針對上述的技術缺陷，現(xiàn)提出一種高精度徑向鍛造機控制系統(tǒng)及其控制方法的解決方案。

技術實現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供如下技術方案：

2、一種高精度徑向鍛造機其控制方法，包括：

3、步驟一：建立工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，存儲包括鍛造溫度-壓力曲線、材料相變臨界值和應力松弛模型的多物理場耦合數(shù)據(jù)；

4、步驟二：通過多源異構傳感器同步采集鍛造過程的動態(tài)參數(shù)，采用紅外熱像儀獲取工件表面溫度場分布，通過激光位移傳感器組測量徑向變形量，利用聲發(fā)射傳感器捕獲材料內部缺陷特征；

5、步驟三：執(zhí)行在線參數(shù)優(yōu)化，基于擴展卡爾曼濾波器對多傳感器數(shù)據(jù)進行融合處理，根據(jù)實時材料流變特性計算最佳鍛造頻率，采用模型預測控制算法生成錘頭運動軌跡修正量；

6、步驟四：實施動態(tài)補償控制，根據(jù)溫度梯度分布調整錘頭接觸時間，基于振動模態(tài)分析施加主動阻尼，通過應變速率反饋調節(jié)液壓系統(tǒng)背壓；

7、步驟五：執(zhí)行閉環(huán)質量評估，在鍛造間歇期進行在線金相分析，根據(jù)晶粒度檢測結果反向修正工藝參數(shù)，基于數(shù)字孿生模型預測工件疲勞壽命。

8、進一步的，所述建立工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，包括通過熱模擬試驗機獲取不同溫度下的材料流動應力，在鍛造模具表面布置高頻熱電偶陣列，通過設置傳感器進行數(shù)據(jù)捕捉；

9、對材料流動應力進行計算，公式如下：

10、

11、其中，q為激活能，r為氣體常數(shù)，α，a為材料常數(shù)，t為時間，為應變率，n為avrami指數(shù)；

12、通過相變體積分數(shù)對材料膨脹進行計算監(jiān)控，公式如下：

13、f＝1-exp(-ktn)，

14、其中，f為相變體積分數(shù)，k為溫度依賴的速率常數(shù)，n為avrami指數(shù)；

15、在instron試驗機上開展多級加載松弛試驗，采用廣義maxwell模型描述粘彈性行為，計算公式如下：

16、

17、其中，ei為彈性模量，τi為松弛時間，e0為初始模量。

18、進一步的，所述通過多源異構傳感器同步采集鍛造過程的動態(tài)參數(shù)包括設置紅外熱像儀監(jiān)測800-1200℃溫度場，配合黑體輻射校準算法消除氧化皮干擾，布置至少4組十字交叉測頭，通過坐標變換計算徑向變形量及橢圓度誤差，采用小波包分解提取裂紋特征頻率，采用pxie平臺實現(xiàn)μs級時間同步，確保多傳感器數(shù)據(jù)時間戳對齊。

19、進一步的，所述執(zhí)行在線參數(shù)優(yōu)化包括建立狀態(tài)方程，通過雅可比矩陣線性化處理非線性觀測數(shù)據(jù)，基于修正的arrhenius本構方程實時更新材料參數(shù)，以錘頭軌跡跟蹤誤差最小為目標函數(shù)，滾動優(yōu)化未來3-5個鍛造周期的錘頭位移序列，基于臨界應變速率，動態(tài)調整鍛造頻率。

20、進一步的，所述動態(tài)補償控制包括通過紅外熱像儀獲取工件表面溫度分布，識別高溫區(qū)與低溫區(qū)的邊界位置，基于熱膨脹系數(shù)，計算軸向溫差引起的徑向膨脹差異，縮短單次錘擊接觸時間，減少熱量輸入疊加效應，延長接觸時間，促進材料塑性流動，采用加速度傳感器采集鍛造機架的振動時域信號，通過快速傅里葉變換識別主振頻率，提取模態(tài)振型，在振動相位角達到90°時施加反向力，振幅抑制率>60％，采用lms算法動態(tài)調整阻尼力幅值，適應負載變化；

21、當溫度進入相變區(qū)間，根據(jù)cct曲線動態(tài)提高背壓10-15％，補償體積變化導致的尺寸波動，在鍛造末期采用梯度降壓策略，分3階段釋放液壓壓力，降低表層殘余拉應力，采用pxie-6674t定時模塊，確保傳感器數(shù)據(jù)采集、控制指令下發(fā)的時間偏差，對液壓系統(tǒng)響應延遲進行史密斯預估器補償，提前生成控制量，通過在線應變檢測驗證補償后工件圓度誤差，建立補償量-效果映射數(shù)據(jù)庫，采用強化學習優(yōu)化補償系數(shù)權重。

22、進一步的，所述實施動態(tài)補償包括實時采集鍛造過程中的溫度場分布、徑向變形量及材料內部缺陷信號；基于多傳感器數(shù)據(jù)融合，計算溫度梯度引起的熱變形誤差、振動模態(tài)特征及應變速率偏差；動態(tài)調整錘頭接觸時間、施加主動阻尼力及液壓系統(tǒng)背壓，補償熱-力耦合效應與材料非線性變形；閉環(huán)驗證補償效果，并根據(jù)反饋結果迭代優(yōu)化補償參數(shù)，采用硬件觸發(fā)同步機制，確保多傳感器數(shù)據(jù)時間偏差≤10μs；通過史密斯預估器對液壓系統(tǒng)延遲進行前饋補償，在鍛造間歇期，通過激光共焦顯微鏡檢測工件表面晶粒度；若晶粒度超差，反向優(yōu)化溫度-應變參數(shù)組合，更新工藝數(shù)據(jù)庫；

23、通過設置pid算法進行背壓控制，計算如下：

24、

25、其中，u(t)為控制輸出，kpe(t)為比例項，為積分項，為微分項，kp、ki、kd，分別為比例、積分和微分系數(shù)，e(t)為誤差；

26、通過搭建相變體積變化模型進行相變應力變化進行監(jiān)測，計算如下：

27、δv/v0＝σφi·δvi，

28、其中，φi為第i相體積分數(shù)，δv/v0為相變體積變化率。

29、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種高精度徑向鍛造機控制系統(tǒng)，包括：

30、控制模塊，配置為根據(jù)預設工藝參數(shù)生成多軸聯(lián)動控制指令；

31、多維度檢測單元，包含溫度傳感器陣列、形變監(jiān)測激光器和振動加速度計，用于實時采集鍛造過程的溫度場分布、工件形變量和振動頻譜數(shù)據(jù)；

32、徑向驅動機構，包含伺服電機組、液壓執(zhí)行器和減振基座，響應于所述控制指令實現(xiàn)鍛造錘頭的三維精確定位；

33、動態(tài)補償單元，連接所述多維度檢測單元和徑向驅動機構，包含：

34、熱變形補償模塊，基于溫度場數(shù)據(jù)計算熱膨脹補償量；

35、振動抑制模塊，根據(jù)振動頻譜生成反向阻尼控制信號；

36、形變反饋模塊，基于工件實時形變量調整鍛造壓力梯度；

37、閉環(huán)反饋單元，包含數(shù)據(jù)融合處理器和誤差校正器，用于將各檢測單元的輸出信號進行時空配準后生成綜合誤差修正量，并通過迭代學習算法更新控制模塊的參數(shù)。

38、進一步的，所述動態(tài)補償單元還包含：

39、相變監(jiān)測子系統(tǒng)，配置為：

40、通過原位x射線衍射儀檢測材料晶體結構變化；

41、當檢測到奧氏體向馬氏體轉變時，啟動應變速率限制模式；

42、根據(jù)位錯密度演化模型動態(tài)調整鍛造應變梯度。

43、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種計算機設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現(xiàn)上述所述的一種高精度徑向鍛造機其控制方法的步驟。

44、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述所述的一種高精度徑向鍛造機其控制方法的步驟。

45、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

46、1、本發(fā)明一種高精度徑向鍛造機其控制方法中，通過建立工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫，通過多源異構傳感器同步采集鍛造過程的動態(tài)參數(shù)，采用紅外熱像儀獲取工件表面溫度場分布，通過激光位移傳感器組測量徑向變形量，利用聲發(fā)射傳感器捕獲材料內部缺陷特征；根據(jù)實時材料流變特性計算最佳鍛造頻率，采用模型預測控制算法生成錘頭運動軌跡修正量；實施動態(tài)補償控制，通過應變速率反饋調節(jié)液壓系統(tǒng)背壓；執(zhí)行閉環(huán)質量評估，在鍛造間歇期進行在線金相分析，根據(jù)晶粒度檢測結果反向修正工藝參數(shù)，基于數(shù)字孿生模型預測工件疲勞壽命，具有對整個鍛造過程的實時動態(tài)控制，有效地消除誤差和偏差，導致鍛造精度提高的效果。

47、2、本發(fā)明一種高精度徑向鍛造機其控制系統(tǒng)中，通過控制模塊，配置為根據(jù)預設工藝參數(shù)生成多軸聯(lián)動控制指令；多維度檢測單元，包含溫度傳感器陣列、形變監(jiān)測激光器和振動加速度計，用于實時采集鍛造過程的溫度場分布、工件形變量和振動頻譜數(shù)據(jù)；徑向驅動機構，包含伺服電機組、液壓執(zhí)行器和減振基座，響應于所述控制指令實現(xiàn)鍛造錘頭的三維精確定位；動態(tài)補償單元，連接所述多維度檢測單元和徑向驅動機構，包含：熱變形補償模塊，基于溫度場數(shù)據(jù)計算熱膨脹補償量；振動抑制模塊，根據(jù)振動頻譜生成反向阻尼控制信號形變反饋模塊，基于工件實時形變量調整鍛造壓力梯度；閉環(huán)反饋單元，包含數(shù)據(jù)融合處理器和誤差校正器，用于將各檢測單元的輸出信號進行時空配準后生成綜合誤差修正量，并通過迭代學習算法更新控制模塊的參數(shù)，具有對鍛造機工作進行智能化監(jiān)管的效果。