一种用于不锈钢制品的液压机拉伸的自适应控制方法与流程

本发明涉及金属锻造的，具体为一种用于不锈钢制品的液压机拉伸的自适应控制方法。

背景技术：

1、不锈钢制品的拉伸成形主要采用液压机配合预设的固定工艺参数生产，操作人员根据材料牌号的厚度，在调试阶段设定下压力、拉伸速度、压边力等参数后，即进行批量生产。在同一批次的连续生产中，每个工件的输入状态存在差异，即同一卷板材头尾及边部的屈服强度、厚度和表面粗糙度存在偏差；现有的开环控制系统无法实时感知每个工件的具体状态差异，只能以相同的固定参数对应每一个输入条件不同的工件，导致部分参数本可合格的工件因未及时调整而沦为次品，并且批量生产中无法对异常趋势提前预警和主动干预，从而降低生产线的一致性与稳定性，为此本技术提出了一种用于不锈钢制品的液压机拉伸的自适应控制方法。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于不锈钢制品的液压机拉伸的自适应控制方法，具备感知当前工件成型状态并动态调节工艺参数的优点，解决了开环控制无法应对批次内各工件输入条件差异导致产品质量波动的问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于不锈钢制品的液压机拉伸的自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

5、步骤一，同步采集下压阶段r角多点温度、外壁温度及油压数据，提取r角升温斜率、外壁超限平均温度与油压峰值，生成合格工件的升温斜率序列、外壁超限平均温度序列及油压峰值序列；

6、步骤二，基于三个序列，分别建立趋势检测模型，计算各序列统计量及对应的上下控制限，当任一统计量超出其控制限时，判定过程趋势发生偏移，触发趋势预警；

7、步骤三，基于预测模型对三个序列进行多步外推，当预测值将超出步骤二控制限时提前触发预测性预警，并计算得到过程调节量，调节至各统计量回归控制限内。

8、优选的，所述步骤一中提取r角升温斜率包括：

9、将采集到的r角多点温度逐时刻求平均，得到r角综合温度，采集上模下压位移数据，生成下压位移序列，以下压位移序列为横轴、r角综合温度为纵轴，构建位移－温度曲线，通过线性回归提取位移－温度曲线的斜率，作为r角升温斜率，用于反映变形或摩擦的程度。

10、优选的，所述步骤一中提取外壁超限平均温度包括：

11、将外壁温度逐时刻求平均，得到外壁多点平均温度；以下压位移序列为横轴、所述外壁多点平均温度为纵轴，构建外壁位移－温度曲线；在外壁位移－温度曲线上，取r角多点温度中出现下压峰值温度的时刻所对应的外壁温度值作为水平阈值线；将下压过程中外壁多点平均温度超出所述水平阈值线的所有温度值求取平均值，作为外壁超限平均温度，用于触发润滑或降压预警。

12、优选的，所述步骤一还包括：

13、采集上模下压过程中的视频数据，生成多视角下压图像帧序列；分别提取r角区域和外壁区域的关键帧；采用全幅缺陷检测对工件进行检测，对捕捉到的异常形态进行分类，并基于建立的工件三维几何曲面模型和已标定的相机参数，将各缺陷的二维像素中心反向投射至工件空间坐标系，得到每个类型缺陷的三维中心点坐标作为空间锚点。

14、优选的，所述步骤一还包括：

15、对外壁缺陷锚点按缺陷类型分别执行空间聚类，将聚类结果中满足最小工件数阈值的簇标记为外壁常发缺陷区域，并以此建立外壁常发区域库；此后外壁在线检测切换为双通道并行运行，对已入库的外壁常发区域以及各簇的边界范围进行快速复核，同时对外壁其余区域保持全面扫描；当在外壁常发区域或在r角区域发现缺陷时，直接触发停机或分拣动作，不再进入温度序列分析流程。

16、优选的，所述计算各序列统计量具体包括：

17、对r角升温斜率序列、外壁超限平均温度序列及油压峰值序列，分别递推计算ewma统计量，当前工件的ewma统计量由当前工件的实测特征值乘以平滑常数，加上上一件工件的ewma统计量乘以一减平滑常数得到。

18、优选的，所述计算上下控制限具体包括：

19、分别以各序列历史m件合格工件的均值为中心，加减控制限宽度系数乘以对应特征值的标准差，再乘以与平滑常数相关的收缩因子得到。

20、分别对各序列建立指数加权移动平均趋势检测模型，三个序列的ewma统计量递推计算统一采用以下公式：

21、

22、其中，xt表示第t件工件的实测特征值，对于r角升温斜率序列xt取yt，对于外壁超限平均温度序列xt取wt，对于油压峰值序列xt取pt；zt表示第t件工件对应的ewma统计量；表示平滑常数，依据工业统计过程控制中针对缓慢漂移类异常的常用经验范围，在本实施例中[0.1,0.3]，由此计算得到三个序列的ewma统计量。基于历史m件合格工件的对应特征值均值与标准差，通过将均值加减l倍标准差乘以收缩因子的方式，分别计算得到各序列的ewma上控制限和下控制限，统一表达式为

23、

24、其中，表示历史m件合格工件对于特征值的均值；表示历史m件合格工件对于特征值的标准差，l表示控制限宽系数，在本实施例中取3；uclewma表示上控制限；lclewma表示下控制限。

25、优选的，所述判定过程趋势发生偏移具体包括：

26、对于r角升温斜率序列和油压峰值序列，当ewma统计量超出上控制限或下控制限时触发趋势预警，对于外壁超限平均温度序列，当ewma统计量超出上控制限时触发趋势预警。

27、优选的，所述步骤三还包括：

28、当任一ewma统计量触发趋势预警时，以长度为m件的滑动窗口计算r角升温斜率、外壁超限平均温度及油压峰值的ewma变化量，各变化量为当前件ewma值与窗口初始件ewma值之差，若r角升温斜率变化量和油压峰值变化量均超过各自阈值，判定为材料变形抗力异常升高，若r角升温斜率变化量超过阈值而油压峰值变化量未超过阈值，判定为摩擦条件持续恶化，若外壁超限平均温度变化量超过阈值而油压峰值变化量未超过阈值，判定为模具散热条件恶化或接触热阻异常。

29、优选的，所述步骤三还包括：

30、采用模型预测控制以r角升温斜率和外壁超限平均温度的ewma统计量为被控变量、以润滑流量和冲压速度为操纵变量，在润滑流量物理上限约束、冲压速度安全下限约束及操纵变量增量变化速率约束下滚动求解最优调节量并执行，调节后持续监控ewma统计量是否回归控制限，若持续超出则升级预警并触发预测模型滚动更新。根本原因确定后，对于摩擦条件恶化，以r角升温斜率和外壁超限平均温度的ewma统计量为被控变量，以润滑流量和冲压速度为操纵变量，基于滑动窗口内m件工件的特征序列辨识得到的预测模型，预测未来p件工件内的被控变量轨迹。在每个控制周期，求解以下带约束的滚动优化问题：

31、

32、其中，表示t+i件工件对应的被控变量预测向量，包含r角升温斜率的ewma预测值和外壁超限平均温度的ewma预测值；ztarget表示控变量的目标值向量，取历史m件合格工件的对应特征值均值；△ut+j表示第t+j件工件对应的操纵变量增量向量，包含润滑流量增量和冲压速度减量；q和r分别为被控变量跟踪误差和控制增量抑制的权重矩阵。

33、（三）有益效果

34、与现有技术相比，本发明提供了一种用于不锈钢制品的液压机拉伸的自适应控制方法，具备以下有益效果：

35、1、本发明采用模型预测控制在多变量框架内统一协调r角升温斜率与外壁超限平均温度的跟踪目标，在润滑流量物理上限、冲压速度安全下限及调节速率约束下滚动求解最优调节量，无需预设优先级即可协同多个被控变量，避免单变量独立调节可能导致的冲突与过调，从而使调节过程更平稳。

36、2、本发明通过r角综合温度与外壁温度的同步采集和交叉对比，结合同步温差、温升比和峰值时序差等多维特征，在拉伸过程中在线区分变形热与摩擦热的主次贡献。当温度异常时，结合油压峰值的ewma变化量进行交叉判定，可自动识别异常根因是材料变形抗力升高、摩擦条件恶化还是模具散热异常，解决了无法区分热源类型的问题。

37、3、本发明通过视觉检测在前置阶段对宏观缺陷进行快速筛查和常发区域自学习聚类，温度检测在后置阶段对过程状态进行深度定量诊断。两者通过时间戳对齐实现交叉验证，既避免视觉漏检的偶发缺陷进入下游，又使得温度异常在尚未形成宏观缺陷的早期阶段即可被捕捉。