基于自适应控制算法的自行车中轴锻造工艺调节方法与流程

本发明涉及非电变量调节，具体涉及基于自适应控制算法的自行车中轴锻造工艺调节方法。

背景技术：

1、自行车中轴是连接两脚踏车护板的部件，通常包括左右两个踏板和中轴，中轴需要具有足够的强度和耐久性，以承受骑行中的压力和负荷。中轴锻造是自行车中轴生产过程中的主要塑性工艺，而变形温度对合金的塑性加工有显著影响，因此控制变形温度对于自行车中轴的塑性工艺尤为重要。

2、自适应pid控制器将自适应控制的思想与pid控制器结合起来的一种控制策略，一般通过多传感器反馈结合自适应pid控制器对锻造过程中的变形温度进行控制调节，以确保理想的锻造温度，但由于自适应pid控制器是通过观测误差的方式实施控制逻辑，因此对传感器的依赖度极高，而金属在锻造工艺中加热、冷却的过程具有惯性和时滞性，这意味着实际温度的变化可能不会立即反映在传感器读数上，因此控制过程可能存在误差的叠加问题，进而影响自行车中轴锻造工艺调节效果。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供基于自适应控制算法的自行车中轴锻造工艺调节方法。

2、本发明的基于自适应控制算法的自行车中轴锻造工艺调节方法采用如下技术方案：

3、本发明一个实施例提供了基于自适应控制算法的自行车中轴锻造工艺调节方法，该方法包括以下步骤：

4、采集自行车中轴的温度变化曲线和形变应力曲线；

5、根据温度变化曲线中的极值点对温度变化曲线进行分段，得到温度变化曲线的若干温度曲线段；根据温度曲线段中温度值对应的斜率得到每个温度曲线段存在pid控制干预的概率；依据温度曲线段存在pid控制干预的概率，得到温度变化曲线的若干控制干预曲线段和若干非控制干预曲线段；

6、根据控制干预曲线段和非控制干预曲线段得到干预曲线；对干预曲线和形变应力曲线进行匹配，得到干预曲线上每个控制干预曲线段中每个温度值的最佳匹配应力值；根据控制干预曲线段和最佳匹配应力值，得到每个控制干预曲线段的反馈误差；将所有控制干预曲线段的反馈误差构成的集合，记为反馈误差集合；

7、根据反馈误差和干预曲线上的控制干预曲线段，得到反馈误差曲线；对反馈误差曲线进行分解，得到pid控制器的比例增益系数的补偿权重、微分增益系数的补偿权重及积分增益系数的补偿权重；根据反馈误差集合和控制干预曲线段得到判定系数；根据判定系数和补偿权重对锻造液压机的加热系统进行温度控制。

8、进一步地，所述根据温度曲线段中温度值对应的斜率得到每个温度曲线段存在pid控制干预的概率，包括的具体步骤如下：

9、获取温度变化曲线中每个温度值对应的斜率，将温度变化曲线中所有温度值对应的斜率进行线性归一化处理，得到若干归一化斜率；

10、将温度变化曲线的第个温度曲线段中温度值对应归一化斜率的最大值与温度变化曲线的第个温度曲线段中温度值对应归一化斜率的最小值的平均值，记为第一平均值；将温度变化曲线中每个时间，记为一个时刻，将温度变化曲线的第个温度曲线段的所有时刻的中值，记为温度变化曲线的第个温度曲线段的中值时刻，将温度变化曲线的第个温度曲线段的中值时刻的温度值对应的归一化斜率，记为；将第一平均值与的差值绝对值，记为第一差异值；将温度变化曲线的第个温度曲线段中所有温度值对应归一化斜率的信息熵与的比值，记为第一比值，为温度变化曲线的第个温度曲线段中所有温度值对应的归一化斜率中不同归一化斜率的个数，为以2为底的对数函数；将第一平均值与第一比值的乘积，记为第一乘积，将1减去第一乘积的差值，作为温度变化曲线的第个温度曲线段存在pid控制干预的概率。

11、进一步地，所述依据温度曲线段存在pid控制干预的概率，得到温度变化曲线的若干控制干预曲线段和若干非控制干预曲线段，包括的具体步骤如下：

12、预设一个第一阈值，将温度曲线段存在pid控制干预的概率大于第一阈值的温度曲线段，作为温度变化曲线的控制干预曲线段，将温度曲线段存在pid控制干预的概率小于或等于第一阈值的温度曲线段，作为温度变化曲线的非控制干预曲线段。

13、进一步地，所述根据控制干预曲线段和非控制干预曲线段得到干预曲线，包括的具体步骤如下：

14、将温度变化曲线中所有非控制干预曲线段的温度值归为0，将温度变化曲线中所有控制干预曲线段的温度值保持不变，得到调整之后的温度变化曲线，记为干预曲线。

15、进一步地，所述对干预曲线和形变应力曲线进行匹配，得到干预曲线上每个控制干预曲线段中每个温度值的最佳匹配应力值，包括的具体步骤如下：

16、对干预曲线与形变应力曲线进行dtw匹配，得到干预曲线上每个控制干预曲线段中每个温度值在形变应力曲线中对应的若干匹配应力值，将干预曲线上任意一个控制干预曲线段中任意一个温度值，记为目标温度值，获取目标温度值与每个匹配应力值之间的欧式距离，将欧式距离最小值对应的匹配应力值，作为目标温度值的最佳匹配应力值。

17、进一步地，所述根据控制干预曲线段和最佳匹配应力值，得到每个控制干预曲线段的反馈误差，包括的具体步骤如下：

18、将干预曲线上第个控制干预曲线段中第个温度值对应的时间减去第个温度值的最佳匹配应力值在形变应力曲线中对应的时间，得到的差值记为第一差值，将第一差值的平方值，记为干预曲线上第个控制干预曲线段的一个第二差异值，获取干预曲线上第个控制干预曲线段的所有第二差异值，将干预曲线上第个控制干预曲线段的所有第二差异值的平均值，作为干预曲线上第个控制干预曲线段的反馈误差。

19、进一步地，所述根据反馈误差和干预曲线上的控制干预曲线段，得到反馈误差曲线，包括的具体步骤如下：

20、将干预曲线中每个时间，记为一个时刻，将干预曲线上第个控制干预曲线段的所有时刻的中值，记为干预曲线上第个控制干预曲线段的中值时刻，将干预曲线上第个控制干预曲线段的中值时刻，作为第个控制干预曲线段的横坐标，将干预曲线上第个控制干预曲线段的反馈误差，作为第个控制干预曲线段的纵坐标；获取每个控制干预曲线段的横坐标和纵坐标，根据所有控制干预曲线段的横坐标和纵坐标构建一个散点图，记为反馈误差散点图；对反馈误差散点图进行拟合，得到一条拟合曲线，记为反馈误差曲线。

21、进一步地，所述对反馈误差曲线进行分解，得到pid控制器的比例增益系数的补偿权重、微分增益系数的补偿权重及积分增益系数的补偿权重，包括的具体步骤如下：

22、对反馈误差曲线进行ica分解，其中分解的成分数量为3，得到反馈误差曲线的三个误差分量；所述误差分量包含若干分量幅值；将每个误差分量中的所有分量幅值进行累加求和，得到每个误差分量的分量幅值累加值，将所有误差分量的分量幅值累加值按照从大到小的顺序进行排列，并依次作为pid控制器的比例增益系数的补偿权重、微分增益系数的补偿权重及积分增益系数的补偿权重。

23、进一步地，所述根据反馈误差集合和控制干预曲线段得到判定系数，包括的具体步骤如下：

24、获取每个控制干预曲线段上温度值的极差，将所有控制干预曲线段上温度值的极差构成的集合，记为温度补偿量集合；

25、获取反馈误差集合和温度补偿量集合的皮尔逊相关系数，将反馈误差集合和温度补偿量集合的皮尔逊相关系数的平方值，作为判定系数。

26、进一步地，所述根据判定系数和补偿权重对锻造液压机的加热系统进行温度控制，包括的具体步骤如下：

27、将判定系数与比例增益系数的补偿权重的乘积，记为比例增益系数的初始调节权重，将比例增益系数的初始调节权重加1的和值，记为比例增益系数的调节权重；将判定系数与微分增益系数的补偿权重的乘积，记为微分增益系数的初始调节权重，将微分增益系数的初始调节权重加1的和值，记为微分增益系数的调节权重；将判定系数与积分增益系数的补偿权重的乘积，记为积分增益系数的初始调节权重，将积分增益系数的初始调节权重加1的和值，记为积分增益系数的调节权重；

28、将温度变化曲线中最后一个时间，记为最终时刻，将最终时刻的下一个时间，记为当前时刻，获取pid控制器在当前时刻的三个默认控制系数，所述三个默认控制系数包括：当前时刻的比例增益系数、当前时刻的微分增益系数及当前时刻的积分增益系数；将比例增益系数的调节权重与当前时刻的比例增益系数的乘积，作为当前时刻的最终比例增益系数；将微分增益系数的调节权重与当前时刻的微分增益系数的乘积，作为当前时刻的最终微分增益系数；将积分增益系数的调节权重与当前时刻的积分增益系数的乘积，作为当前时刻的最终积分增益系数，根据当前时刻的最终比例增益系数、最终微分增益系数及最终积分增益系数并利用pid控制器对锻造液压机的加热系统进行当前时刻的温度控制。

29、本发明的技术方案的有益效果是：本发明在采集到自行车中轴的温度变化曲线和形变应力曲线后，通过对温度变化曲线进行分段，得到温度变化曲线的若干温度曲线段，后续通过局部分析可以更好的对自行车中轴锻造时的工艺进行调节，通过温度曲线段中温度值对应的斜率获取到每个温度曲线段存在pid控制干预的概率，其中干预的概率表示温度曲线段存在pid控制的干预程度，而后依据温度曲线段存在pid控制干预的概率，得到温度变化曲线的若干控制干预曲线段和若干非控制干预曲线段，进而得到干预曲线，通过对干预曲线和形变应力曲线进行匹配，获取每个控制干预曲线段的反馈误差，并得到反馈误差集合，通过获取反馈误差曲线并对其进行分解分析，得到判定系数，最终通过判定系数对锻造液压机的加热系统进行温度控制，补偿了由于温度传感器时滞误差导致的温度调节精度较差以及控制系统的震荡问题，大幅提高自行车中轴的金属工件在锻造过程中温度环境的稳定性以及生产效率。