一种高速信号多变量控制方法、设备及存储介质技术

本发明专利技术公开一种高速信号多变量控制方法、设备及存储介质，涉及激光金属成型技术领域，用于解决现有技术中反馈控制仅控制单一变量，控制精度差以及数据处理效率低的问题。应用于高速信号多变量控制系统，包括高速相机、高速处理模块、多变量反馈控制器、工控机以及从设备；通过获取高速相机采集的熔池图像，采用高速处理模块对熔池图像进行处理，得到高频熔池特征信息；多变量反馈控制器基于高频熔池特征信息计算修正系统的目标控制器参数；工控机基于该参数控制对应的从设备工作。本发明专利技术基于多变量反馈控制器进行多变量控制，提高数据采集及处理效率，可敏锐捕捉成型过程中的微小偏差并及时修正，提高控制精度，确保金属零件成型质量。质量。质量。

【技术实现步骤摘要】
一种高速信号多变量控制方法、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及激光金属成型
，尤其涉及一种高速信号多变量控制方法、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]现有的激光金属成型
，普遍存在缺少反馈控制或反馈控制效果不佳等问题，造成成型过程中的热积累、气孔、驼峰和凹痕，这些不利影响将导致形状精度和表面质量差等缺陷。激光金属成型技术对于成型件有着较高的精度要求，细微的偏差在很大程度上影响其性能和实际应用。
[0003]并且针对激光金属成型过程中熔池变化较为剧烈的情况，对其开展实时监控便尤为关键，这要求反馈控制的响应速度足够快且控制精准。现有技术中普遍存在的反馈控制仅能针对单一变量，控制精确度差；且数据处理效率低下。
[0004]因此，亟需提供一种更为可靠的高速信号多变量控制方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高速信号多变量控制方法、设备及存储介质，用于解决现有技术中反馈控制只能控制单一变量，控制精确度差以及数据处理效率低下的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供高速信号多变量控制方法，所述高速信号多变量控制方法应用于高速信号多变量控制系统，所述高速信号多变量控制系统的硬件部分包括：高速相机、工控机以及从设备，所述高速信号多变量控制系统的软件部分包括：高速处理模块和多变量反馈控制器；
[0008]所述高速信号多变量控制方法包括：
[0009]获取所述高速相机高速采集的熔池图像；
[0010]采用所述高速处理模块对所述熔池图像进行处理，得到高频熔池特征信息；
[0011]将所述高频熔池特征信息发送至所述多变量反馈控制器，所述多变量反馈控制器基于所述高频熔池特征信息计算出修正系统的目标控制器参数；
[0012]将所述目标控制器参数发送至所述工控机，所述工控机基于所述目标控制器参数控制对应的从设备工作。
[0013]与现有技术相比，本专利技术提供的高速信号多变量控制方法，应用于高速信号多变量控制系统，所述高速信号多变量控制系统的硬件部分包括：高速相机、工控机以及从设备，所述高速信号多变量控制系统的软件部分包括：高速处理模块和多变量反馈控制器；通过获取所述高速相机高速采集的熔池图像；采用高速处理模块对熔池及熔道图像进行处理，得到高频熔池特征信息；将高频熔池及熔道特征信息发送至多变量反馈控制器，基于高频熔池及熔道特征信息计算出修正系统的目标控制器参数；将目标控制器参数发送至工控机，工控机基于目标控制器参数控制对应的从设备工作。本专利技术基于多变量反馈控制器进
行多变量控制，可大幅提高数据采集和处理效率，能够敏锐捕捉成型过程中的微小偏差并及时修正，提高控制精度，确保金属零件成型质量。
[0014]第二方面，本专利技术提供一种高速信号多变量控制设备，所述高速信号多变量控制设备应用于高速信号多变量控制系统，所述高速信号多变量控制系统的硬件部分包括：高速相机、工控机以及从设备，所述高速信号多变量控制系统的软件部分包括：高速处理模块和多变量反馈控制器；
[0015]所述高速信号多变量控制设备包括：
[0016]通信单元/通信接口，用于获取所述高速相机高速采集的熔池图像；
[0017]处理单元/处理器，用于采用所述高速处理模块对所述熔池图像进行处理，得到高频熔池特征信息；
[0018]将所述高频熔池特征信息发送至所述多变量反馈控制器，所述多变量反馈控制器基于所述高频熔池特征信息计算出修正系统的目标控制器参数；
[0019]将所述目标控制器参数发送至所述工控机，所述工控机基于所述目标控制器参数控制对应的从设备工作。
[0020]第三方面，本专利技术提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有指令，当所述指令被运行时，实现上述的高速信号多变量控制方法。
[0021]第二方面提供的设备类方案以及第三方面提供的计算机存储介质方案所实现的技术效果与第一方面提供的方法类方案相同，此处不再赘述。
附图说明
[0022]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0023]图1为本专利技术提供的高速信号多变量控制系统示意图；
[0024]图2为本专利技术提供的高速信号多变量控制方法流程示意图；
[0025]图3为本专利技术提供的激光金属成型工艺参数变量状态空间图；
[0026]图4为本专利技术提供的高速信号多变量控制设备结构示意图。
具体实施方式
[0027]为了便于清楚描述本专利技术实施例的技术方案，在本专利技术的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
[0028]需要说明的是，本专利技术中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本专利技术中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
[0029]本专利技术中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，
同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
[0030]针对激光金属成型过程中熔池变化较为剧烈的情况，对其开展实时监控便尤为关键，这要求反馈控制的响应速度足够快。实时控制的挑战主要来自两个方面，即控制系统的运算速度和通讯滞后。运算速度体现在单位时间内采集、处理和相关控制计算所花费的时间，通讯滞后则是指设备间通信造成的延时。
[0031]实际激光金属成型过程中，一方面，熔池作为激光金属成型过程中的关键变量，大部分研究均围绕熔池的部分形貌特征进行系统的反馈控制。而现有的反馈控制大部分采用Modbus总线技术，由于Modbus写入时间间隔的限制，其数据传输速率较低，仅为30Hz左右，而激光金属成型技术的扫描线速度位于0.5
‑
20m/min范围内，低频率的控制器参数传输显然无法满足激光金属成型的实时控制要求。
[0032]另一方面，由于反馈控制系统的完善性欠缺，现有的反馈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速信号多变量控制方法，其特征在于，所述高速信号多变量控制方法应用于高速信号多变量控制系统，所述高速信号多变量控制系统的硬件部分包括：高速相机、工控机以及从设备，所述高速信号多变量控制系统的软件部分包括：高速处理模块和多变量反馈控制器；所述高速信号多变量控制方法包括：获取所述高速相机高速采集的熔池图像；采用所述高速处理模块对所述熔池图像进行处理，得到高频熔池特征信息；将所述高频熔池特征信息发送至所述多变量反馈控制器，所述多变量反馈控制器基于所述高频熔池特征信息计算出修正系统的目标控制器参数；将所述目标控制器参数发送至所述工控机，所述工控机基于所述目标控制器参数控制对应的从设备工作。2.根据权利要求1所述的高速信号多变量控制方法，其特征在于，所述高速信号多变量控制系统还包括EtherCAT总线；将所述目标控制器参数发送至所述工控机，具体包括：控制所述多变量反馈控制器通过EtherCAT总线将所述目标控制器参数发送至所述工控机。3.根据权利要求1所述的高速信号多变量控制方法，其特征在于，所述多变量反馈控制器中集成有PID数据库；所述PID数据库中包含有不同工件对应的历史打印数据，所述历史打印数据至少包括工艺参数、PID控制器参数、单次修正量和打印形貌特征；所述多变量反馈控制器基于所述高频熔池特征信息计算出修正系统的目标控制器参数，具体包括：所述多变量反馈控制器基于所述高频熔池及熔道特征信息以及所述PID数据库推算出对应的目标控制器参数最优范围，在激光金属成型过程中同时调控多台从设备，使目标成型金属零件按照期望工艺完成打印。4.根据权利要求2所述的高速信号多变量控制方法，其特征在于，所述工控机与EtherCAT耦合器连接，将各从设备与EtherCAT总线建立连接，通过EtherCAT耦合器将EtherCAT总线信息转为I/O信号从而控制各从设备；所述从设备至少包括激光器、运动控制器、送料装置和气氛保护系统；控制所述多变量反馈控制器通过EtherCAT总线将所述目标控制器参数高速传输至工控机，所述工控机通过所述EtherCAT耦合器激发指定地址的从设备做出响应调整。5.根据权利要求1所述的高速信号多变量控制方法，其特征在于，所述高速相机包括同轴高速相机以及旁轴高速相机；所述获取所述高速相机高速采集的熔池图像，具体包括：获取所述同轴高速相机采集的熔池形貌图像；获取所述旁轴高速相机采集的成型过程中的熔道图像；采用所述高速处理模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡国双，檀忻怡，陈浩，吴志玮，
申请(专利权)人：上海彩石激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：