本發(fā)明涉及澆鑄控制，尤其涉及一種水力發(fā)電機組自由端端蓋澆鑄成型控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、隨著全球能源需求的增長和環(huán)保意識的提升，清潔能源的發(fā)展變得日益重要。水力發(fā)電作為可再生能源的重要組成部分，其高效、清潔的特點受到廣泛重視。水力發(fā)電機組是實現(xiàn)水能轉(zhuǎn)換為電能的核心裝置，而其中的自由端端蓋作為連接水輪機轉(zhuǎn)子與發(fā)電機轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵部件，其性能直接影響到整個發(fā)電機組的運行效率和穩(wěn)定性。自由端端蓋通常采用鑄造工藝制造，這是因為鑄造能夠滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)和高精度的要求。然而，傳統(tǒng)的鑄造方法存在諸多不足，如鑄件質(zhì)量不穩(wěn)定、生產(chǎn)效率低下、成本高昂等問題。這些問題不僅限制了水力發(fā)電機組性能的進(jìn)一步提升，也增加了維護(hù)成本和潛在的安全風(fēng)險。近年來，隨著自動化技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，智能化的澆鑄成型控制系統(tǒng)逐漸應(yīng)用于水力發(fā)電機組自由端端蓋的生產(chǎn)中。這類系統(tǒng)通過集成先進(jìn)的傳感技術(shù)、控制策略和數(shù)據(jù)分析方法，實現(xiàn)了對鑄造過程的精準(zhǔn)控制，有效提高了鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)效率?，F(xiàn)有技術(shù)通過多點溫度傳感器實時監(jiān)測鑄件各部位的溫度變化，并根據(jù)實際溫度動態(tài)調(diào)整冷卻速率。鑄造過程中，鑄件和模具的溫度極高，通常超過1000°c。在這種極端條件下，溫度傳感器容易受到熱應(yīng)力的影響，導(dǎo)致性能下降或完全失效。此外，高溫環(huán)境還會加速傳感器的老化，縮短其使用壽命。
2、現(xiàn)有技術(shù)大多通過預(yù)測模型預(yù)測冷卻參數(shù)實現(xiàn)澆鑄成型控制。但是模型預(yù)測得到的冷卻參數(shù)并非精準(zhǔn)，大多情況下采用人工干預(yù)的方式實現(xiàn)澆鑄控制，但是人工干預(yù)一方面容易引起誤差，導(dǎo)致冷卻過程不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品質(zhì)量，另一方面，人工干預(yù)的無法實現(xiàn)參數(shù)的實時調(diào)整，特別是在動態(tài)變化的生產(chǎn)環(huán)境中，可能導(dǎo)致冷卻速率偏離目標(biāo)值，降低加工效率，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降，無法實現(xiàn)澆鑄的精準(zhǔn)控制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種水力發(fā)電機組自由端端蓋澆鑄成型控制系統(tǒng)，包括以下模塊：
2、溫度監(jiān)測模塊，用于通過溫度傳感器實時監(jiān)測鑄件每個部位的溫度；
3、數(shù)據(jù)采集模塊，與溫度監(jiān)測模塊連接，用于采集并傳輸溫度傳感器監(jiān)測的溫度；
4、中央處理模塊，與數(shù)據(jù)采集模塊連接，用于接收并處理數(shù)據(jù)采集模塊傳輸?shù)臏囟龋?/p>
5、冷卻控制模塊，與中央處理模塊連接，用于根據(jù)中央處理模塊處理后的溫度對鑄件每個部件進(jìn)行冷卻并動態(tài)調(diào)整冷卻介質(zhì)的冷卻速率；
6、所述冷卻控制模塊，包括以下子模塊：
7、有限元子模塊：用于計算鑄件每個部件的溫度梯度；
8、初始冷卻速率計算子模塊：用于根據(jù)溫度梯度計算鑄件每個部件的初始冷卻速率；
9、冷卻需求初步調(diào)整子模塊：用于根據(jù)初始冷卻速率對冷卻需求進(jìn)行初步調(diào)整，得到初步調(diào)整方案；
10、最優(yōu)冷卻參數(shù)獲取子模塊：用于對初始冷卻速率進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)冷卻參數(shù)；
11、冷卻需求最優(yōu)調(diào)整子模塊：用于根據(jù)最優(yōu)冷卻參數(shù)對初步調(diào)整方案進(jìn)行最終調(diào)整，得到最終調(diào)整方案。
12、進(jìn)一步地，通過有限元方法將鑄件劃分為若干節(jié)點，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點確定相鄰節(jié)點，計算當(dāng)前節(jié)點與相鄰節(jié)點之間的距離；獲取當(dāng)前節(jié)點的溫度值，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點的溫度值獲取相鄰節(jié)點溫度值；根據(jù)相鄰節(jié)點溫度值、距離，計算得到鑄件每個部件的溫度梯度。
13、進(jìn)一步地，初步調(diào)整方案為：預(yù)設(shè)目標(biāo)冷卻速率，當(dāng)初始冷卻速率小于目標(biāo)冷卻速率時，增加冷卻介質(zhì)的流量并降低冷卻介質(zhì)的溫度；
14、增加冷卻介質(zhì)的流量的過程為：計算初始冷卻速率與目標(biāo)冷卻速率的冷卻速率差值；獲取當(dāng)前冷卻介質(zhì)的流量和溫度；獲取澆鑄成型的環(huán)境溫度；獲取環(huán)境溫度影響系數(shù)；根據(jù)目標(biāo)冷卻速率、冷卻速率差值、當(dāng)前冷卻介質(zhì)的流量、當(dāng)前冷卻介質(zhì)的溫度、環(huán)境溫度及環(huán)境溫度影響系數(shù)，計算得到冷卻介質(zhì)初步調(diào)整流量；
15、降低冷卻介質(zhì)的溫度的過程為：獲取鑄件的熱導(dǎo)率；根據(jù)當(dāng)前冷卻介質(zhì)的溫度、目標(biāo)冷卻速率、冷卻速率差值、熱導(dǎo)率及環(huán)境溫度影響系數(shù)，計算得到冷卻介質(zhì)初步調(diào)整溫度。
16、進(jìn)一步地，通過遺傳算法對初始冷卻速率進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)冷卻速率，所述最優(yōu)冷卻速率為冷卻介質(zhì)最優(yōu)溫度和冷卻介質(zhì)最優(yōu)流量。
17、進(jìn)一步地，根據(jù)冷卻介質(zhì)初步調(diào)整流量、冷卻介質(zhì)最優(yōu)流量，計算得到冷卻介質(zhì)優(yōu)化流量；根據(jù)冷卻介質(zhì)初步調(diào)整溫度、冷卻介質(zhì)最優(yōu)溫度，計算得到冷卻介質(zhì)優(yōu)化溫度；最終調(diào)整方案基于冷卻介質(zhì)優(yōu)化流量、冷卻介質(zhì)優(yōu)化溫度對冷卻介質(zhì)進(jìn)行最終調(diào)整。
18、本發(fā)明實施例具有以下技術(shù)效果：
19、本發(fā)明通過溫度梯度得到初始冷卻速率，根據(jù)初始冷卻速率得到初始調(diào)整方案，對冷卻參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)冷卻參數(shù)，基于最優(yōu)冷卻參數(shù)得到最終調(diào)整方案，解決了現(xiàn)有技術(shù)通過人為干預(yù)的方式實現(xiàn)控制的技術(shù)問題，實施最終調(diào)整方案實現(xiàn)了水力發(fā)電機組自由端端蓋澆鑄成型的精準(zhǔn)控制，減少誤差，提高加工穩(wěn)定性，從而能夠提高產(chǎn)品質(zhì)量，加快加工效率。
20、本發(fā)明通過綜合考慮當(dāng)前冷卻介質(zhì)的流量、初始冷卻速率、目標(biāo)冷卻速率、當(dāng)前冷卻介質(zhì)的溫度和環(huán)境溫度，能夠精準(zhǔn)地計算出冷卻介質(zhì)的初步調(diào)整流量。綜合考慮當(dāng)前冷卻介質(zhì)的溫度、初始冷卻速率、目標(biāo)冷卻速率、熱導(dǎo)率，精準(zhǔn)計算出冷卻介質(zhì)的初步調(diào)整溫度。為后續(xù)的優(yōu)化提供了初始參考值，有助于快速縮小優(yōu)化范圍，減少遺傳算法的搜索空間，提高優(yōu)化效率，為遺傳算法提供了一個較高的起點，遺傳算法從這個起點開始進(jìn)行精細(xì)化調(diào)整，更容易快速找到全局最優(yōu)解，使得澆鑄過程能夠更快的得以控制。
21、本發(fā)明基于優(yōu)化得到的冷卻介質(zhì)最優(yōu)流量、冷卻介質(zhì)最優(yōu)溫度、冷卻介質(zhì)初步調(diào)整流量、冷卻介質(zhì)初步調(diào)整溫度，能夠精準(zhǔn)地計算出最終控制的流量和溫度。不僅顯著提高了冷卻過程的精確度和穩(wěn)定性，還大幅減少了人為干預(yù)的需求，降低了操作復(fù)雜性和人為誤差的風(fēng)險。通過動態(tài)調(diào)整冷卻介質(zhì)的流量和溫度，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)實時優(yōu)化，確保冷卻速率始終接近目標(biāo)值，即使在動態(tài)變化的生產(chǎn)環(huán)境中也能保持高度的適應(yīng)性和可靠性。
1.一種水力發(fā)電機組自由端端蓋澆鑄成型控制系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水力發(fā)電機組自由端端蓋澆鑄成型控制系統(tǒng)，其特征在于，通過有限元方法將鑄件劃分為若干節(jié)點，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點確定相鄰節(jié)點，計算當(dāng)前節(jié)點與相鄰節(jié)點之間的距離；獲取當(dāng)前節(jié)點的溫度值，根據(jù)當(dāng)前節(jié)點的溫度值獲取相鄰節(jié)點溫度值；根據(jù)相鄰節(jié)點溫度值、距離，計算得到鑄件每個部件的溫度梯度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種水力發(fā)電機組自由端端蓋澆鑄成型控制系統(tǒng)，其特征在于，初步調(diào)整方案為：預(yù)設(shè)目標(biāo)冷卻速率，當(dāng)初始冷卻速率小于目標(biāo)冷卻速率時，增加冷卻介質(zhì)的流量并降低冷卻介質(zhì)的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水力發(fā)電機組自由端端蓋澆鑄成型控制系統(tǒng)，其特征在于，增加冷卻介質(zhì)的流量的過程為：計算初始冷卻速率與目標(biāo)冷卻速率的冷卻速率差值；獲取當(dāng)前冷卻介質(zhì)的流量和溫度；獲取澆鑄成型的環(huán)境溫度；獲取環(huán)境溫度影響系數(shù)；根據(jù)目標(biāo)冷卻速率、冷卻速率差值、當(dāng)前冷卻介質(zhì)的流量、當(dāng)前冷卻介質(zhì)的溫度、環(huán)境溫度及環(huán)境溫度影響系數(shù)，計算得到冷卻介質(zhì)初步調(diào)整流量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水力發(fā)電機組自由端端蓋澆鑄成型控制系統(tǒng)，其特征在于，降低冷卻介質(zhì)的溫度的過程為：獲取鑄件的熱導(dǎo)率；根據(jù)當(dāng)前冷卻介質(zhì)的溫度、目標(biāo)冷卻速率、冷卻速率差值、熱導(dǎo)率及環(huán)境溫度影響系數(shù)，計算得到冷卻介質(zhì)初步調(diào)整溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水力發(fā)電機組自由端端蓋澆鑄成型控制系統(tǒng)，其特征在于，通過遺傳算法對初始冷卻速率進(jìn)行優(yōu)化得到最優(yōu)冷卻速率，所述最優(yōu)冷卻速率為冷卻介質(zhì)最優(yōu)溫度和冷卻介質(zhì)最優(yōu)流量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種水力發(fā)電機組自由端端蓋澆鑄成型控制系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)冷卻介質(zhì)初步調(diào)整流量、冷卻介質(zhì)最優(yōu)流量，計算得到冷卻介質(zhì)優(yōu)化流量；根據(jù)冷卻介質(zhì)初步調(diào)整溫度、冷卻介質(zhì)最優(yōu)溫度，計算得到冷卻介質(zhì)優(yōu)化溫度；最終調(diào)整方案基于冷卻介質(zhì)優(yōu)化流量、冷卻介質(zhì)優(yōu)化溫度對冷卻介質(zhì)進(jìn)行最終調(diào)整。