板帶軋機(jī)軋輥偏心補(bǔ)償?shù)姆抡嫜芯?/h1>
2016-05-23 03:33:53高啟明吳莉莉邯鄲學(xué)院河北邯鄲056005
電子測(cè)試 2016年6期
高啟明,吳莉莉（邯鄲學(xué)院，河北邯鄲,056005）
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板帶軋機(jī)軋輥偏心補(bǔ)償?shù)姆抡嫜芯?/p>
高啟明,吳莉莉
（邯鄲學(xué)院，河北邯鄲,056005）
摘要：隨著對(duì)帶鋼質(zhì)量要求的提高，軋輥偏心已成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。本文在冷軋軋機(jī)的板厚控制模型的基礎(chǔ)上，建立了300冷軋機(jī)的偏心補(bǔ)償控制方法。本文利用小波對(duì)軋制力信號(hào)進(jìn)行多層分解，將偏心信號(hào)與干擾和噪聲分離，并進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，通過(guò)實(shí)時(shí)控制對(duì)軋輥偏心進(jìn)行補(bǔ)償，仿真結(jié)果表明，該方法能夠有效補(bǔ)償軋輥偏心對(duì)板厚的影響。
關(guān)鍵詞：冷軋機(jī);偏心補(bǔ)償;小波轉(zhuǎn)換;降噪
項(xiàng)目名稱(chēng)：板帶軋機(jī)軋制過(guò)程的仿真研究
0 引言
軋輥偏心已成為影響帶鋼質(zhì)量的重要因素。隨著帶鋼質(zhì)量要求的提高，軋輥偏心對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響已經(jīng)不容忽視。本文通過(guò)小波分解軋制力信號(hào)分解為過(guò)個(gè)獨(dú)立頻率的軋制力信號(hào)，通過(guò)軋制力模型對(duì)板厚進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)小波轉(zhuǎn)換能夠?qū)⑵男盘?hào)從從高頻噪聲信號(hào)中分離出來(lái)。然后，通過(guò)抑制高頻噪聲信號(hào)，對(duì)軋輥偏心信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和控制。
1 軋輥偏心對(duì)帶鋼厚度的影響
軋輥偏心會(huì)使軋輥間的間隙減小，進(jìn)而在軋制過(guò)程中產(chǎn)生附加的軋制力，附加軋制力會(huì)造成軋機(jī)發(fā)生彈性變形，其公式如下：
由公式（1）和（2）可知，由于偏心的存在，使得輥縫實(shí)際距離減小，軋制力增大。由于軋制力增大，這就會(huì)造成軋機(jī)AGC系統(tǒng)進(jìn)一步增大壓力進(jìn)行壓下操作，使得板材厚度誤差進(jìn)一步增大。
2 小波降噪
一個(gè)含有噪聲的信號(hào)的一維模型可以用下式來(lái)表示：
在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際的信號(hào)往往都是低頻信號(hào)，而噪聲都是高頻信號(hào)，因此為了將實(shí)際信號(hào)從中提取出來(lái)，就需要進(jìn)行降噪處理，降噪的過(guò)程如下：
第一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解，通過(guò)選擇小波函數(shù)和信號(hào)分解的層次，將信號(hào)進(jìn)行小波分解。
第二步對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪，通過(guò)選擇不同的閾值對(duì)各個(gè)層次的信號(hào)進(jìn)行高頻過(guò)濾，即軟閾值或者硬閾值處理。
3 偏心補(bǔ)償
在實(shí)際的軋制過(guò)程中，板帶軋機(jī)往往會(huì)受到進(jìn)料硬度的變化以及張力的變化的影響，因此，在獲取軋輥軋制力信號(hào)的時(shí)候，本文采用空壓靠方法來(lái)測(cè)量軋制力信號(hào)。將采集到的軋制力信號(hào)先進(jìn)行預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行小波分解和降噪，進(jìn)而建立軋輥的偏心數(shù)學(xué)模型。軋機(jī)軋輥偏心補(bǔ)償?shù)姆桨溉鐖D1所示。
圖1 軋輥偏心補(bǔ)償系統(tǒng)框圖
下面以實(shí)驗(yàn)室300mm實(shí)驗(yàn)軋機(jī)為例進(jìn)行軋機(jī)模型的建立，因?yàn)椴捎每諌嚎糠ㄟM(jìn)行軋制力信號(hào)采集，因此信號(hào)不會(huì)受到來(lái)料硬度和張力的影響，這樣采集得到的信號(hào)更加準(zhǔn)確。采集到的軋制力信號(hào)如圖2所示。
對(duì)采集得到的軋制力信號(hào)進(jìn)行相干平均法預(yù)處理，然后對(duì)預(yù)處理后的軋制力信號(hào)進(jìn)行小波分解。本文將軋制力信號(hào)通過(guò)Matlab小波工具箱進(jìn)行小波降噪處理。在Matlab小波工具箱中選取具有5階消失矩的小波函數(shù)daubechies5將原始信號(hào)分解成3層。然后進(jìn)行小波去噪，選取降噪函數(shù)wden進(jìn)行軟閾值去噪?；趓igrsure規(guī)則，按照Stein無(wú)偏似然估計(jì)原則選擇適應(yīng)性閾值，按照非白噪聲的比例選擇閾值尺度改變的比例，對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行去噪處理。最后，通過(guò)重構(gòu)信號(hào)得到降噪后的信號(hào)S1。信號(hào)的小波分解如圖3所示。比較前、后的去噪信號(hào)如圖4所示。
圖3 信號(hào)的小波分解
圖4 去噪前后的信號(hào)
如圖3所示，通過(guò)小波分解將軋制力信號(hào)分解為三層，其中d1、d2和d3為高頻信號(hào)，a3為低頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)小波去噪后如圖4所示，信號(hào)的高頻部分被有效過(guò)濾，信號(hào)變得更加光滑，信號(hào)的特征更加明顯。
下面將得到的軋制力信號(hào)作為軋機(jī)AGC控制系統(tǒng)的輸入，則可以的得到軋機(jī)的軋輥位移的響應(yīng)曲線，如圖5所示。
圖5 壓下位移曲線
然后將經(jīng)過(guò)小波處理的軋輥偏心信號(hào)反向輸入軋機(jī)AGC控制系統(tǒng)，對(duì)軋輥?zhàn)冃倪M(jìn)行補(bǔ)償，則得到的輸出曲線如圖6所示。
圖6 補(bǔ)償后軋機(jī)壓下位移曲線
如圖6所示，通過(guò)方向加入偏心補(bǔ)償信號(hào)后，軋機(jī)AGC系統(tǒng)的壓下位移得到了有效補(bǔ)償，補(bǔ)償后，基本消除了軋輥偏心對(duì)板厚的影響，偏心擾動(dòng)減小了85%。提高了系統(tǒng)的性能和帶鋼的厚度精度。
4 結(jié)束語(yǔ)
將小波變換應(yīng)用于軋輥偏心補(bǔ)償控制，可以準(zhǔn)確地分析軋輥偏心信號(hào)，通過(guò)對(duì)軋輥偏心的補(bǔ)償可以更有效地消除軋輥偏心對(duì)帶鋼厚度控制的影像?；谛〔ㄗ儞Q的軋機(jī)偏心補(bǔ)償?shù)姆抡娼Y(jié)果表明，軋輥偏心補(bǔ)償控制可以減少軋輥偏心對(duì)材料厚度的影響超過(guò)85%。
參考文獻(xiàn)
[1] 袁淑寧.精軋機(jī)軋輥偏心的補(bǔ)償控制[J].天津冶金,2014(3).
[2] (美)V.B.金茲伯格(VladimirB.Ginzburg)著,姜明東,王國(guó)棟等譯.高精度板帶材軋制理論與實(shí)踐[M].冶金工業(yè)出版社, 2000
[3] D. L Donoho.De-nosing by soft-thresholding. IEEE Transactions on Information Theory . 1995
[4]張德豐,主編.Matlab小波分析與工程應(yīng)用[M].國(guó)防工業(yè)出版社, 2008
Simulation Study on Roll Eccentricity Compensation in Strip Mill
Gao Qiming，Wu Lili
（Handan University, Handan,Hebei,056005）
Abstract：With the increase request of strip quality, the roller eccentricity has become the important factor of influencing product quality.On the practical model of Cold-rolling Mill of 300, this paper establishes eccentricity compensation control practice of Cold-rolling Mill of 300 which applies wavelet transform method. Based on mufti-resolution decomposition of roll force signal by use of wavelets, eccentricity signals are separated from disturbances and noiseand self-optimization is employed to realtime control the roller eccentricity.The results show that
Keywords：Cold mill;Eccentricity compensation;Wavelet transform;Denoise
基金項(xiàng)目：邯鄲市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（1221102078-4）
高啟明,吳莉莉（邯鄲學(xué)院，河北邯鄲,056005）
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板帶軋機(jī)軋輥偏心補(bǔ)償?shù)姆抡嫜芯?/p>
高啟明,吳莉莉
（邯鄲學(xué)院，河北邯鄲,056005）
摘要：隨著對(duì)帶鋼質(zhì)量要求的提高，軋輥偏心已成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。本文在冷軋軋機(jī)的板厚控制模型的基礎(chǔ)上，建立了300冷軋機(jī)的偏心補(bǔ)償控制方法。本文利用小波對(duì)軋制力信號(hào)進(jìn)行多層分解，將偏心信號(hào)與干擾和噪聲分離，并進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，通過(guò)實(shí)時(shí)控制對(duì)軋輥偏心進(jìn)行補(bǔ)償，仿真結(jié)果表明，該方法能夠有效補(bǔ)償軋輥偏心對(duì)板厚的影響。
關(guān)鍵詞：冷軋機(jī);偏心補(bǔ)償;小波轉(zhuǎn)換;降噪
項(xiàng)目名稱(chēng)：板帶軋機(jī)軋制過(guò)程的仿真研究
0 引言
軋輥偏心已成為影響帶鋼質(zhì)量的重要因素。隨著帶鋼質(zhì)量要求的提高，軋輥偏心對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響已經(jīng)不容忽視。本文通過(guò)小波分解軋制力信號(hào)分解為過(guò)個(gè)獨(dú)立頻率的軋制力信號(hào)，通過(guò)軋制力模型對(duì)板厚進(jìn)行補(bǔ)償。通過(guò)小波轉(zhuǎn)換能夠?qū)⑵男盘?hào)從從高頻噪聲信號(hào)中分離出來(lái)。然后，通過(guò)抑制高頻噪聲信號(hào)，對(duì)軋輥偏心信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償和控制。
1 軋輥偏心對(duì)帶鋼厚度的影響
軋輥偏心會(huì)使軋輥間的間隙減小，進(jìn)而在軋制過(guò)程中產(chǎn)生附加的軋制力，附加軋制力會(huì)造成軋機(jī)發(fā)生彈性變形，其公式如下：
由公式（1）和（2）可知，由于偏心的存在，使得輥縫實(shí)際距離減小，軋制力增大。由于軋制力增大，這就會(huì)造成軋機(jī)AGC系統(tǒng)進(jìn)一步增大壓力進(jìn)行壓下操作，使得板材厚度誤差進(jìn)一步增大。
2 小波降噪
一個(gè)含有噪聲的信號(hào)的一維模型可以用下式來(lái)表示：
在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)際的信號(hào)往往都是低頻信號(hào)，而噪聲都是高頻信號(hào)，因此為了將實(shí)際信號(hào)從中提取出來(lái)，就需要進(jìn)行降噪處理，降噪的過(guò)程如下：
第一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行分解，通過(guò)選擇小波函數(shù)和信號(hào)分解的層次，將信號(hào)進(jìn)行小波分解。
第二步對(duì)信號(hào)進(jìn)行去噪，通過(guò)選擇不同的閾值對(duì)各個(gè)層次的信號(hào)進(jìn)行高頻過(guò)濾，即軟閾值或者硬閾值處理。
3 偏心補(bǔ)償
在實(shí)際的軋制過(guò)程中，板帶軋機(jī)往往會(huì)受到進(jìn)料硬度的變化以及張力的變化的影響，因此，在獲取軋輥軋制力信號(hào)的時(shí)候，本文采用空壓靠方法來(lái)測(cè)量軋制力信號(hào)。將采集到的軋制力信號(hào)先進(jìn)行預(yù)處理，然后將預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行小波分解和降噪，進(jìn)而建立軋輥的偏心數(shù)學(xué)模型。軋機(jī)軋輥偏心補(bǔ)償?shù)姆桨溉鐖D1所示。
圖1 軋輥偏心補(bǔ)償系統(tǒng)框圖
下面以實(shí)驗(yàn)室300mm實(shí)驗(yàn)軋機(jī)為例進(jìn)行軋機(jī)模型的建立，因?yàn)椴捎每諌嚎糠ㄟM(jìn)行軋制力信號(hào)采集，因此信號(hào)不會(huì)受到來(lái)料硬度和張力的影響，這樣采集得到的信號(hào)更加準(zhǔn)確。采集到的軋制力信號(hào)如圖2所示。
對(duì)采集得到的軋制力信號(hào)進(jìn)行相干平均法預(yù)處理，然后對(duì)預(yù)處理后的軋制力信號(hào)進(jìn)行小波分解。本文將軋制力信號(hào)通過(guò)Matlab小波工具箱進(jìn)行小波降噪處理。在Matlab小波工具箱中選取具有5階消失矩的小波函數(shù)daubechies5將原始信號(hào)分解成3層。然后進(jìn)行小波去噪，選取降噪函數(shù)wden進(jìn)行軟閾值去噪?；趓igrsure規(guī)則，按照Stein無(wú)偏似然估計(jì)原則選擇適應(yīng)性閾值，按照非白噪聲的比例選擇閾值尺度改變的比例，對(duì)高頻信號(hào)進(jìn)行去噪處理。最后，通過(guò)重構(gòu)信號(hào)得到降噪后的信號(hào)S1。信號(hào)的小波分解如圖3所示。比較前、后的去噪信號(hào)如圖4所示。
圖3 信號(hào)的小波分解
圖4 去噪前后的信號(hào)
如圖3所示，通過(guò)小波分解將軋制力信號(hào)分解為三層，其中d1、d2和d3為高頻信號(hào)，a3為低頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)小波去噪后如圖4所示，信號(hào)的高頻部分被有效過(guò)濾，信號(hào)變得更加光滑，信號(hào)的特征更加明顯。
下面將得到的軋制力信號(hào)作為軋機(jī)AGC控制系統(tǒng)的輸入，則可以的得到軋機(jī)的軋輥位移的響應(yīng)曲線，如圖5所示。
圖5 壓下位移曲線
然后將經(jīng)過(guò)小波處理的軋輥偏心信號(hào)反向輸入軋機(jī)AGC控制系統(tǒng)，對(duì)軋輥?zhàn)冃倪M(jìn)行補(bǔ)償，則得到的輸出曲線如圖6所示。
圖6 補(bǔ)償后軋機(jī)壓下位移曲線
如圖6所示，通過(guò)方向加入偏心補(bǔ)償信號(hào)后，軋機(jī)AGC系統(tǒng)的壓下位移得到了有效補(bǔ)償，補(bǔ)償后，基本消除了軋輥偏心對(duì)板厚的影響，偏心擾動(dòng)減小了85%。提高了系統(tǒng)的性能和帶鋼的厚度精度。
4 結(jié)束語(yǔ)
將小波變換應(yīng)用于軋輥偏心補(bǔ)償控制，可以準(zhǔn)確地分析軋輥偏心信號(hào)，通過(guò)對(duì)軋輥偏心的補(bǔ)償可以更有效地消除軋輥偏心對(duì)帶鋼厚度控制的影像?；谛〔ㄗ儞Q的軋機(jī)偏心補(bǔ)償?shù)姆抡娼Y(jié)果表明，軋輥偏心補(bǔ)償控制可以減少軋輥偏心對(duì)材料厚度的影響超過(guò)85%。
參考文獻(xiàn)
[1] 袁淑寧.精軋機(jī)軋輥偏心的補(bǔ)償控制[J].天津冶金,2014(3).
[2] (美)V.B.金茲伯格(VladimirB.Ginzburg)著,姜明東,王國(guó)棟等譯.高精度板帶材軋制理論與實(shí)踐[M].冶金工業(yè)出版社, 2000
[3] D. L Donoho.De-nosing by soft-thresholding. IEEE Transactions on Information Theory . 1995
[4]張德豐,主編.Matlab小波分析與工程應(yīng)用[M].國(guó)防工業(yè)出版社, 2008
Simulation Study on Roll Eccentricity Compensation in Strip Mill
Gao Qiming，Wu Lili
（Handan University, Handan,Hebei,056005）
Abstract：With the increase request of strip quality, the roller eccentricity has become the important factor of influencing product quality.On the practical model of Cold-rolling Mill of 300, this paper establishes eccentricity compensation control practice of Cold-rolling Mill of 300 which applies wavelet transform method. Based on mufti-resolution decomposition of roll force signal by use of wavelets, eccentricity signals are separated from disturbances and noiseand self-optimization is employed to realtime control the roller eccentricity.The results show that
Keywords：Cold mill;Eccentricity compensation;Wavelet transform;Denoise
基金項(xiàng)目：邯鄲市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（1221102078-4）
