一种基于智能感知调控的超低温对轮旋压轨迹实时纠偏方法

本发明属于精密加工，具体而言，涉及一种基于智能感知调控的超低温对轮旋压轨迹实时纠偏方法。

背景技术：

1、超低温对轮旋压是一种在液氮等超低温冷却介质环境下对金属坯料进行旋压成形的先进制造工艺，广泛应用于航空航天薄壁构件、深海油气采油隔水管、耐压壳体、深海潜水器密封舱段、极地科考船抗冻结构及海水淡化高压管道等海洋装备关键件，以及核能装备筒形件及高端装备精密管材的成形制造。当前，双轴轨迹纠偏主要依赖pid控制器结合力传感器反馈，或采用有限元仿真预设轨迹补偿表，在常温旋压工况下已具备一定纠偏能力。然而，在超低温对轮旋压工况下，液氮等冷却介质持续喷溅产生大量高频杂波噪声，导致光纤传感器与视觉传感器采集的流数据严重污染，pid控制器无法从污染数据中准确提取应力分布信息，有限元预设补偿表因无法感知实时应力场演化而失效。同时，双轴协同运动的应力张量具有高维耦合特性，传统线性控制方法难以在毫秒级控制周期内完成高维张量推理，导致轨迹纠偏指令下发滞后，旋压件产生轮廓超差缺陷。也就是说，现有技术中存在超低温对轮旋压过程中双轴轨迹偏差无法在毫秒级控制周期内实现实时纠偏的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种基于智能感知调控的超低温对轮旋压轨迹实时纠偏方法，能够解决现有技术中存在超低温对轮旋压过程中双轴轨迹偏差无法在毫秒级控制周期内实现实时纠偏的技术问题。

2、本发明是这样实现的：本发明提供一种基于智能感知调控的超低温对轮旋压轨迹实时纠偏方法，包括以下步骤：

3、在旋压设备的光纤传感器与视觉传感器的数据采集端建立动态双向缓冲环形队列，对入队数据施加时域滤波算子与自适应能量阈值滤波算子，剥离超低温冰冻介质飞溅引发的高频杂波噪声，输出清洁传感器流数据；

4、将清洁传感器流数据构建为四维时空张量，输入时空高阶演化残差纠偏模型，经时空正交主成分解耦矩阵将高维应力张量映射至低维超平面，提取局部应力流特征；

5、时空高阶演化残差纠偏模型的条件门控跳转单元实时计算预测残差张量的范数，与残差激活阈值比较，动态选择计算路径，输出双轴轨迹纠偏候选解集；

6、将双轴轨迹纠偏候选解集映射为群体粒子，在多维应力张量空间中执行群体协作碰撞规避轨迹优化算法，计算粒子间斥力场函数，规避设备干涉区，输出最佳空间位移向量；

7、依据旋压力偏差综合调控函数计算旋压力偏差综合调控值，按所述调控值所属区间选取对应调控策略，动态调整时空高阶演化残差纠偏模型的层间神经元权重分配与显存分配策略；

8、采用预分配连续物理内存块与零拷贝内存映射技术构建静态内存池，管理四维时空张量与最佳空间位移向量的流式传输，将最佳空间位移向量实时下发至双轴协同驱动控制器，完成轨迹纠偏闭环。

9、其中，动态双向缓冲环形队列为先进先出的环形内存结构，具备双向指针，支持在队列头部与尾部同时进行数据写入与读取操作，当队列写指针追及读指针时自动扩展缓冲区容量，防止多源高频流数据并发写入时发生内存队列溢出。

10、其中，时域滤波算子为对传感器采样时间序列施加滑动窗口加权平均的数字滤波算子，权重系数依据采样频率与噪声频段的比值通过实验标定确定，实验标定方式为在模拟超低温冰冻介质喷溅环境下采集传感器噪声样本，对功率谱密度进行分析后确定截止频率，再以截止频率反算权重系数。

11、其中，自适应能量阈值滤波算子为依据滑动窗口内信号能量均值的倍率系数动态设定能量阈值的滤波算子，超过阈值的采样点被标记为噪声并以相邻有效采样点的线性插值替代，倍率系数通过对旋压工艺噪声实验数据进行统计分析后确定。

12、其中，四维时空张量的四个维度分别为空间位置的三个正交坐标轴与时间序列轴，由单次控制周期内全部传感器采样帧拼接而成；时空正交主成分解耦矩阵为对四维时空张量施行正交主成分分析后所得的降维投影矩阵，通过对四维时空张量的协方差矩阵进行特征值分解，保留累计解释方差比不低于方差保留阈值的主成分方向，将高维应力张量投影至低维超平面。

13、其中，时空高阶演化残差纠偏模型基于深度学习，前置处理层接收四维时空张量并经时空正交主成分解耦矩阵输出低维应力流特征张量，低维应力流特征张量输入由多层堆叠时空残差卷积块构成的特征提取主干，每层时空残差卷积块包含两条并行三维卷积分支与一条恒等跳连分支，三维卷积分支的卷积核尺寸分别为1×3×3与3×1×1，用于分别提取空间域与时间域特征。

14、其中，层间连接处嵌入条件门控跳转单元，条件门控跳转单元实时计算当前层输出与目标轨迹张量之差的弗罗贝尼乌斯范数作为预测残差张量范数，当所述范数超过残差激活阈值时，门控单元触发长跨度残差密集跳转矩阵，将当前层梯度信息通过全连接映射矩阵直接传递回前部浅层，实现高频纠偏。

15、其中，时空高阶演化残差纠偏模型的隐藏层损失函数在均方误差项基础上融合连续介质力学应变守恒约束项，将当前批次输出张量的应变张量不变量与理论值之差的平方加权叠加至总损失，连续介质力学应变守恒约束为将输出应力张量的第一不变量、第二不变量与第三不变量与由本构关系推导的理论值之差平方加权叠加入总损失函数的约束项。

16、其中，层间梯度更新采用自适应流动优化策略，自适应流动优化策略为依据各层当前梯度的弗罗贝尼乌斯范数与历史梯度范数的指数加权移动平均之比动态缩放该层学习率的优化策略，当比值超过设定上界时压缩学习率，当比值低于设定下界时放大学习率。

17、其中，群体协作碰撞规避轨迹优化算法将双轴轨迹纠偏候选解映射为粒子群，每个粒子的位置向量对应一组双轴位移量，速度向量依据粒子个体历史最优位置与群体全局最优位置的加权差分更新，同时引入粒子间两两欧氏距离计算的斥力场函数，当任意两粒子距离低于设备干涉区安全距离阈值时，斥力场函数对速度向量施加排斥修正分量。

18、其中，设备干涉区安全距离阈值通过以下方式获取：在试验台上以步进方式驱动双轴分别向对方接近，记录旋压轮与坯料外轮廓发生接触时的双轴坐标差值，重复实验后取均值再乘以安全裕度系数，得到安全距离阈值。

19、其中，旋压力偏差综合调控函数以实时旋压力测量值与目标旋压力的差值绝对值、双轴轨迹偏差向量的欧氏范数以及当前控制周期内预测残差张量范数三项为输入，将三项分别归一化后取加权和，加权和结果为旋压力偏差综合调控值；当旋压力偏差综合调控值达到高强度阈值时触发高强度调控策略，当所述调控值处于中强度区间时触发中强度调控策略，当所述调控值低于低强度阈值时触发低强度调控策略。

20、其中，时空高阶演化残差纠偏模型中嵌入基于有向无环图的层次拓扑排序算法，将各时空残差卷积块及条件门控跳转单元之间的数据依赖关系建模为有向无环图的顶点与有向边，以拓扑排序确定无依赖冲突的推理执行序列，并依据旋压力偏差综合调控值对执行序列中各顶点的显存配额进行动态重分配。

21、其中，零拷贝内存映射技术为将静态内存池中的连续物理内存块直接映射至双轴协同驱动控制器的数据总线地址空间，使四维时空张量与最佳空间位移向量在传输过程中无需经过中间缓冲区复制，消除动态内存申请与释放引发的垃圾回收停顿，保障毫秒级控制周期的时序稳定性。

22、其中，时域滤波算子的权重系数在2至8之间；自适应能量阈值滤波算子的倍率系数在1.5至3.0之间；方差保留阈值为90%；时空残差卷积块的堆叠层数在8至16层之间；应变守恒约束项的权重系数在0.05至0.20之间；残差激活阈值取验证集预测残差张量范数分布的75%至90%分位数；高强度阈值为0.80，低强度阈值为0.40；安全裕度系数在1.2至1.5之间；初始学习率在至之间，学习率衰减系数在0.1至0.5之间。

23、本发明通过建立动态双向缓冲环形队列并施加时域滤波算子与自适应能量阈值滤波算子，从源头剥离超低温冰冻介质飞溅引发的高频杂波噪声，获得清洁传感器流数据；再将清洁数据构建为四维时空张量，利用时空高阶演化残差纠偏模型中的时空正交主成分解耦矩阵将高维应力张量降维至低维超平面，大幅降低推理计算量；条件门控跳转单元依据预测残差张量范数动态路由梯度，使模型在轨迹偏差突变时能在毫秒级控制周期内完成高频纠偏；群体协作碰撞规避轨迹优化算法以粒子群形式并行搜索最佳空间位移向量，同时通过斥力场函数规避设备干涉区；旋压力偏差综合调控函数动态调整模型权重与显存分配，保障推理时序稳定性；零拷贝内存映射技术消除内存复制延迟，确保纠偏指令在毫秒级周期内准时下发。综上所述，本发明解决了背景技术中提到的超低温对轮旋压过程中双轴轨迹偏差无法在毫秒级控制周期内实现实时纠偏的技术问题。