[发明专利]基于自适应专家系统的金属材料锻造微观组织软测量方法

权利要求书

1.基于自适应专家系统的金属材料锻造微观组织软测量方法，其特征在于：针对工业锻造过程中金属材料微观组织难以在线测量的难题，基于锻造工艺数据和微观组织数据建立了自适应专家系统，可以准确软测量金属材料微观组织，该方法包括如下步骤：

步骤1：根据历史的锻造工艺参数(上模具速度和位移、锻造温度)和金属材料微观组织数据(再结晶分数和再结晶晶粒尺寸)建立初始的专家系统，主要包括数据库、推理机和学习机；

步骤2：将实际锻造的与数据库中的工艺参数比较得到工艺参数误差向量，根据推理机中的模糊推理方法计算工艺参数匹配度；

步骤3：利用工艺参数匹配度和数据库中的微观组织数据估算当前的微观组织；

步骤4：专家系统自学习，若估算的当前的微观组织是新的微观组织，则新的工艺参数和微观组织数据保存到数据库中；否则，结束。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤1中所述的自适应专家系统解决了金属材料微观组织在锻造过程中难以在线测量的问题，其特征在于，主要包括以下三个部分：

(1)数据库，用于存储锻造工艺参数和金属材料微观组织数据，为推理机提供工艺参数误差向量，进而估算金属材料当前的微观组织；

(2)推理机：基于模糊推理系统，根据工艺参数误差向量计算实际锻造工艺参数的匹配度，以用于软测量金属材料微观组织；

(3)学习机：判断软测量的当前的微观组织是否是新的微观组织，并且将新的微观组织以及对应的锻造工艺参数补充到数据库中，以完善数据库，提高软测量精度。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于：步骤2中所述的模糊推理方法是实现软测量的核心，其特征在于，工艺参数向量包括4个工艺参数(第k步和k+1步的上模具速度和位移)，如果工艺参数误差向量中所有误差都为0，说明该锻造工艺参数与数据库中某一个工艺参数的匹配度为1，则该工艺参数对应的微观组织即为软测量的结果；

如果工艺参数误差向量中所有误差不都为0，由于工艺参数误差向量包括上模具速度和上模具位移的误差，这两个工况参数的数量级是不相同的，因此需要对工况参数误差向量进行归一化，归一化公式为：

其中，x是归一化之前的值,x_n是归一化之后的值,x_min和x_max是最大值和最小值；

工艺参数误差向量中每一个工艺参数的匹配度是用三角形隶属度函数计算的，其表达式为：

其中，p为工艺参数的匹配度,e是归一化的误差，三角形隶属度函数参数b＝0.05；

在计算得到4个工艺参数的匹配度之后，工艺参数误差向量的匹配度是此4个匹配度的积：

p_v＝p₁×p₂×p₃×p₄ (3)

其中，p_v工艺参数误差向量的匹配度,p₁、p₂、p₃和p₄是4个工艺参数的匹配度；

在得到所有的误差向量匹配度之后，为了保证总的匹配度之和为1，需要对所有的误差向量匹配度进行归一化，归一化公式为：

其中，p_i是归一化之前的第i个匹配度,p_in是归一化之后的第i个匹配度，m是工艺参数误差向量的个数；

将所有的工艺参数误差向量匹配度和数据库中的微观组织都用向量形式表示：

P＝[p_1n,p_2n,……,p_mn]，G＝[g₁,g₂,……,g_m]，F＝[f₁,f₂,……,f_m] (5)

其中，P是工艺参数误差向量匹配度，G是再结晶晶粒尺寸向量，F是再结晶分数向量，则软测量的微观组织(再结晶晶粒尺寸g_m，再结晶分数f_m)可以表示为：

g_m＝P·G^T (6)

f_m＝P·F^T (7)。