[发明专利]一种钢轨激光热处理的过程控制方法

权利要求书

1.一种钢轨激光热处理的过程控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)根据钢轨热处理工艺过程中光斑间断线式的运动轨迹将激光热处理加工过程分割为若干段加工周期，并根据分割出的加工周期确定出迭代周期，该钢轨热处理工艺过程中光斑间断线式的运动轨迹为矩形光斑在钢轨表面沿着钢轨长度方向匀速运动并进行间断扫描形成的轨迹，其中加工周期为激光器开启的时刻至下一次开启时刻的时间段，迭代周期为一个加工周期内激光器开启至关闭的时间段；

2)根据热处理的工艺要求得到钢轨加工区域期望达到的温度轨迹，并生成期望温度轨迹序列；

3)控制器读取当前迭代周期的功率序列u_k[]，使激光器在当前迭代周期内按照功率序列u_k[]中对应的功率值输出以对钢轨进行激光热处理；

4)采集激光热处理过程中钢轨表面光斑区域内的辐射信号，并转化为温度信号，以得到当前迭代周期内的温度序列；

5)比较步骤2)中得到的期望温度轨迹序列和步骤4)中得到的当前迭代周期内的温度序列，得到当前迭代周期内的温度误差序列e_k[]；

6)计算当前温度误差序列的方差S_k，将其与预设的方差阈值S进行比较，若S_k≤S，则下一迭代周期激光器以当前功率序列u_k[]输出，即u_k+1[]＝u_k[]；若S_k＞S，则根据当前迭代周期内的温度误差序列e_k[]和功率序列u_k[]计算出下一迭代周期的功率序列u_k+1[]：依次提取温度误差序列e_k[]和激光器输出功率序列u_k[]中的对应项，代入PD型学习律中计算出下一迭代周期功率序列u_k+1[]中的各项，以此得到下一迭代周期的功率序列u_k+1[]：

式中，u_k+1[i]为第k+1次迭代周期功率序列u_k+1[]的第i项，u_k[i]为第k次迭代周期功率序列u_k[]的第i项，L为比例增益矩阵，e_k[i]为第k次迭代周期误差序列e_k[]的第i项，Γ[i]为微分增益序列的第i项，为第k次迭代周期的误差微分序列的第i项；

式中，e_k[i-1]为第k次迭代中误差序列e_k[]的第i-1项，T为采样周期；

7)判断热处理是否完成，若是，则结束；若否，重复步骤3)-6)完成下一迭代周期的热处理，直至热处理结束。

2.如权利要求1所述的钢轨激光热处理的过程控制方法，其特征在于，步骤2)中，温度轨迹为温度时间曲线，其由光斑运动过程中各个时刻钢轨表面光斑区域内的温度值组成。

3.如权利要求1所述的钢轨激光热处理的过程控制方法，其特征在于，步骤3)中，采用PID控制器对第一个加工周期中激光器的功率进行控制，并记录各时刻对应的功率值得到第一个迭代周期的功率序列u₁[]。

4.如权利要求1所述的钢轨激光热处理的过程控制方法，其特征在于，步骤4)中，温度序列具体采用如下方式得到：当进入一个迭代周期时，控制器按预设的采样周期T对温度信号进行采样，迭代周期结束后停止采样，随后按照时间先后顺序排列迭代周期内采集的温度值以生成温度序列。

5.如权利要求1所述的钢轨激光热处理的过程控制方法，其特征在于，步骤5)中当前迭代周期内的温度误差序列e_k[]中的各项采用如下公式计算：

e_k[i]＝TEMP_D[i]-TEMP_k[i]

式中，e_k[i]为第k次迭代周期误差序列e_k[]的第i项，TEMP_D[i]为期望温度轨迹序列TEMP_D[]的第i项，TEMP_k[i]为第k次迭代周期温度序列TEMP_k[]的第i项。

6.如权利要求1-5任一项所述的钢轨激光热处理的过程控制方法，其特征在于，步骤4)中采用红外高温计采集激光热处理过程中钢轨表面光斑区域内的温度信号。