专利名称：铝镁合金预测模糊控制温度闭环等温挤压系统及方法
技术领域：
本发明涉及铝镁合金挤压生产过程采用的一种先进控制系统，尤指铝镁合金热挤压时采用预测控制和模糊控制的方式调整挤压速度，进而保证型材出口温度相对恒定的一种闭环控制系统。
背景技术：
随着经济发展和科技进步，铝镁合金型材向大型整体化、薄壁扁宽化、尺寸高精度化、形状复杂化和外形轮廓美观化方向发展，其应用也由低精度、低技术、低附加值方向扩展到航天航空、汽车船舶、石油化工、家用电器等高精密、高性能、高附加值的工业型材领域。工业铝镁合金型材要求其组织性能和尺寸形状在长度和截面，尤其是长度方向上具有高的均勻性和一致性，这严格限制了工业铝镁型材挤压生产的工艺范围，设计工艺必须保证型材在挤压出口时温度相对恒定。传统人工操作的恒速挤压生产铝镁合金型材时，金属坯料受到挤压机施加的挤压力而发生剧烈的塑性变形，同时还与挤压筒和模具之间摩擦而产生很大的损耗，将近90 95%的变形功和摩擦功都转化为热量。若这些热量未能及时排出和消散，就会造成模孔处的出口温度随挤压进行而不断升高。这是传统恒速挤压生产面临的最严重的问题之一，将造成铝镁合金型材质量和性能的严重缺陷。首先型材出口温度(间接反映模孔附近金属变形区的温度)随挤压的发展而逐渐升高，这将导致型材头尾部的组织性能与尺寸形状都不同，造成无法修复的质量缺陷；其次，为避免挤压过程后段型材出口温度过高，必须降低挤压速度，这却严重限制了企业的生产效率。中国专利CN 102049426A公开了这样一种交通运输用工业铝型材调速等温挤压方法，通过首先对各种铝合金型材进行大量的试挤，得到相应的“挤压速度V-行程L”的等温挤压曲线，然后以该曲线为基准控制挤压速度，同时检测型材出口温度反馈调整挤压速度，最终达到等温挤压的要求，实现型材出口温度基本恒定的目标。
发明内容
本发明的目的在于克服传统恒速挤压工艺的缺点，提供一种控制系统和方法，采用不同于上述专利的新型控制系统通过直接测温后趋势预测模糊控制方法调速实现等温挤压，即在型材出口处直接测温后传送至等温挤压控制系统的温度反馈环来调节挤压速度，最终维持型材出口温度恒定，实现铝镁合金的等温挤压，使铝镁合金型材在长度方向的性能一致。一种铝镁合金预测模糊控制温度闭环等温挤压系统采用等温挤压PLC这一核心组件将红外测温仪和挤压机PLC连接为一套实现等温挤压的闭环控制系统。所述系统包括红外测温仪及等温挤压PLC ；所述红外测温仪采集铝镁型材的出口温度；所述等温挤压PLC 由微分预测控制单元和模糊控制单元组成；所述微分预测控制单元获取红外测温仪采集的型材出口温度值作为输入，启动内置的预测算法估算下一采集点处的出口温度，并以此预
4测值作为该单元的输出；所述模糊控制单元在获取微分预测单元的预测输出值后，通过温度偏差模糊数三角形隶属度函数和挤压速度柱形隶属度函数采用加权平均法将模糊化后的温度偏差转换为速度调整量，输入挤压机控制系统调整挤压速度。—种铝镁合金预测模糊控制温度闭环等温挤压方法，其特征在于所述方法具体步骤如下1)红外测温仪采集铝镁的出口温度；2)微分预测控制单元获取红外测温仪采集的型材出口温度值作为输入，启动内置的预测算法估算下一采集点处的出口温度，并以此预测值作为该单元的输出；3)模糊控制单元在获取微分预测单元的预测输出值后，通过温度偏差模糊数三角形隶属度函数和挤压速度柱形隶属度函数采用加权平均法将模糊化后的温度偏差转换为速度调整量，输入挤压机控制系统调整挤压速度。进一步的，所述步骤2、的预测算法具体如下式(1)所示Tpre = Tm+k · Δ t(1)式中，Tpre——出口处下一温度采集点处的温度预测值；Tffl, Tffl^1——出口处当前采集点和前一采集点型材的温度；
k——温度预测微分系数，通常
权利要求
1.一种铝镁合金预测模糊控制温度闭环等温挤压系统，所述系统包括红外测温仪及等温挤压PLC ；所述红外测温仪采集铝镁型材的出口温度；所述等温挤压PLC由微分预测控制单元和模糊控制单元组成；所述微分预测控制单元获取红外测温仪采集的型材出口温度值作为输入，启动内置的预测算法估算下一采集点处的出口温度，并以此预测值作为该单元的输出；所述模糊控制单元在获取微分预测单元的预测输出值后，通过温度偏差模糊数三角形隶属度函数和挤压速度柱形隶属度函数采用加权平均法将模糊化后的温度偏差转换为速度调整量，输入挤压机控制系统调整挤压速度。
2.根据权利要求1所述的一种铝镁合金预测模糊控制温度闭环等温挤压方法，其特征在于所述方法具体步骤如下2. 1红外测温仪采集铝镁的出口温度；2. 2微分预测控制单元获取红外测温仪采集的型材出口温度值作为输入，启动内置的预测算法估算下一采集点处的出口温度，并以此预测值作为该单元的输出；2.3模糊控制单元在获取微分预测单元的预测输出值后，通过温度偏差模糊数三角形隶属度函数和挤压速度柱形隶属度函数采用加权平均法将模糊化后的温度偏差转换为速度调整量，输入挤压机控制系统调整挤压速度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述步骤2. 2的预测算法具体如下式(1)所示T = T +k · Δ t1 pre 1 m^(1)式中，Tpre—出口处下一温度采集点处的温度预测值； Tffl, Tnri—出口处当前采集点和前一采集点型材的温度；k-At--温度预测微分系数，通常= ——两个采集点之间的间隔周期。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述步骤2. 3中，模糊控制单元的输入温度偏差模糊数三角形隶属度函数、挤压速度调整量的柱形输出隶属度函数以及将温度偏差与速度调整量联系的加权平均法，其具体公式分别如下式⑵、(3)和(4)所示
全文摘要
本发明涉及铝镁合金热挤压时采用预测控制和模糊控制的方式调整挤压速度，进而保证型材出口温度相对恒定的一种闭环控制系统。所述系统包括红外测温仪及等温挤压PLC；所述红外测温仪采集铝镁型材的出口温度；所述等温挤压PLC由微分预测控制单元和模糊控制单元组成；所述微分预测控制单元获取红外测温仪采集的型材出口温度值作为输入，启动内置的预测算法估算下一采集点处的出口温度，并以此预测值作为该单元的输出；所述模糊控制单元在获取微分预测单元的预测输出值后，通过温度偏差模糊数三角形隶属度函数和挤压速度柱形隶属度函数采用加权平均法将模糊化后的温度偏差转换为速度调整量，输入挤压机控制系统调整挤压速度。
文档编号B21C31/00GK102389908SQ20111034683
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月6日 优先权日2011年11月6日
发明者宋勇, 李静媛, 殷实, 谢建新, 顾伟 申请人:北京科技大学