板帶軋機軋輥偏心補償?shù)姆抡嫜芯?/h1>
2016-05-23 03:33:53高啟明吳莉莉邯鄲學院河北邯鄲056005
電子測試 2016年6期
高啟明,吳莉莉（邯鄲學院，河北邯鄲,056005）
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板帶軋機軋輥偏心補償?shù)姆抡嫜芯?/p>
高啟明,吳莉莉
（邯鄲學院，河北邯鄲,056005）
摘要：隨著對帶鋼質(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。本文在冷軋軋機的板厚控制模型的基礎上，建立了300冷軋機的偏心補償控制方法。本文利用小波對軋制力信號進行多層分解，將偏心信號與干擾和噪聲分離，并進行優(yōu)化補償，通過實時控制對軋輥偏心進行補償，仿真結果表明，該方法能夠有效補償軋輥偏心對板厚的影響。
關鍵詞：冷軋機;偏心補償;小波轉(zhuǎn)換;降噪
項目名稱：板帶軋機軋制過程的仿真研究
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，軋輥偏心對產(chǎn)品質(zhì)量的影響已經(jīng)不容忽視。本文通過小波分解軋制力信號分解為過個獨立頻率的軋制力信號，通過軋制力模型對板厚進行補償。通過小波轉(zhuǎn)換能夠?qū)⑵男盘枏膹母哳l噪聲信號中分離出來。然后，通過抑制高頻噪聲信號，對軋輥偏心信號進行補償和控制。
1 軋輥偏心對帶鋼厚度的影響
軋輥偏心會使軋輥間的間隙減小，進而在軋制過程中產(chǎn)生附加的軋制力，附加軋制力會造成軋機發(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，使得輥縫實際距離減小，軋制力增大。由于軋制力增大，這就會造成軋機AGC系統(tǒng)進一步增大壓力進行壓下操作，使得板材厚度誤差進一步增大。
2 小波降噪
一個含有噪聲的信號的一維模型可以用下式來表示：
在實際應用中，實際的信號往往都是低頻信號，而噪聲都是高頻信號，因此為了將實際信號從中提取出來，就需要進行降噪處理，降噪的過程如下：
第一步對信號進行分解，通過選擇小波函數(shù)和信號分解的層次，將信號進行小波分解。
第二步對信號進行去噪，通過選擇不同的閾值對各個層次的信號進行高頻過濾，即軟閾值或者硬閾值處理。
3 偏心補償
在實際的軋制過程中，板帶軋機往往會受到進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的時候，本文采用空壓靠方法來測量軋制力信號。將采集到的軋制力信號先進行預處理，然后將預處理后的信號進行小波分解和降噪，進而建立軋輥的偏心數(shù)學模型。軋機軋輥偏心補償?shù)姆桨溉鐖D1所示。
圖1 軋輥偏心補償系統(tǒng)框圖
下面以實驗室300mm實驗軋機為例進行軋機模型的建立，因為采用空壓靠法進行軋制力信號采集，因此信號不會受到來料硬度和張力的影響，這樣采集得到的信號更加準確。采集到的軋制力信號如圖2所示。
對采集得到的軋制力信號進行相干平均法預處理，然后對預處理后的軋制力信號進行小波分解。本文將軋制力信號通過Matlab小波工具箱進行小波降噪處理。在Matlab小波工具箱中選取具有5階消失矩的小波函數(shù)daubechies5將原始信號分解成3層。然后進行小波去噪，選取降噪函數(shù)wden進行軟閾值去噪?；趓igrsure規(guī)則，按照Stein無偏似然估計原則選擇適應性閾值，按照非白噪聲的比例選擇閾值尺度改變的比例，對高頻信號進行去噪處理。最后，通過重構信號得到降噪后的信號S1。信號的小波分解如圖3所示。比較前、后的去噪信號如圖4所示。
圖3 信號的小波分解
圖4 去噪前后的信號
如圖3所示，通過小波分解將軋制力信號分解為三層，其中d1、d2和d3為高頻信號，a3為低頻信號，經(jīng)過小波去噪后如圖4所示，信號的高頻部分被有效過濾，信號變得更加光滑，信號的特征更加明顯。
下面將得到的軋制力信號作為軋機AGC控制系統(tǒng)的輸入，則可以的得到軋機的軋輥位移的響應曲線，如圖5所示。
圖5 壓下位移曲線
然后將經(jīng)過小波處理的軋輥偏心信號反向輸入軋機AGC控制系統(tǒng)，對軋輥變心進行補償，則得到的輸出曲線如圖6所示。
圖6 補償后軋機壓下位移曲線
如圖6所示，通過方向加入偏心補償信號后，軋機AGC系統(tǒng)的壓下位移得到了有效補償，補償后，基本消除了軋輥偏心對板厚的影響，偏心擾動減小了85%。提高了系統(tǒng)的性能和帶鋼的厚度精度。
4 結束語
將小波變換應用于軋輥偏心補償控制，可以準確地分析軋輥偏心信號，通過對軋輥偏心的補償可以更有效地消除軋輥偏心對帶鋼厚度控制的影像。基于小波變換的軋機偏心補償?shù)姆抡娼Y果表明，軋輥偏心補償控制可以減少軋輥偏心對材料厚度的影響超過85%。
參考文獻
[1] 袁淑寧.精軋機軋輥偏心的補償控制[J].天津冶金,2014(3).
[2] (美)V.B.金茲伯格(VladimirB.Ginzburg)著,姜明東,王國棟等譯.高精度板帶材軋制理論與實踐[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小波分析與工程應用[M].國防工業(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
基金項目：邯鄲市科學技術研究與發(fā)展計劃項目（1221102078-4）
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摘要：隨著對帶鋼質(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。本文在冷軋軋機的板厚控制模型的基礎上，建立了300冷軋機的偏心補償控制方法。本文利用小波對軋制力信號進行多層分解，將偏心信號與干擾和噪聲分離，并進行優(yōu)化補償，通過實時控制對軋輥偏心進行補償，仿真結果表明，該方法能夠有效補償軋輥偏心對板厚的影響。
關鍵詞：冷軋機;偏心補償;小波轉(zhuǎn)換;降噪
項目名稱：板帶軋機軋制過程的仿真研究
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，軋輥偏心對產(chǎn)品質(zhì)量的影響已經(jīng)不容忽視。本文通過小波分解軋制力信號分解為過個獨立頻率的軋制力信號，通過軋制力模型對板厚進行補償。通過小波轉(zhuǎn)換能夠?qū)⑵男盘枏膹母哳l噪聲信號中分離出來。然后，通過抑制高頻噪聲信號，對軋輥偏心信號進行補償和控制。
1 軋輥偏心對帶鋼厚度的影響
軋輥偏心會使軋輥間的間隙減小，進而在軋制過程中產(chǎn)生附加的軋制力，附加軋制力會造成軋機發(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，使得輥縫實際距離減小，軋制力增大。由于軋制力增大，這就會造成軋機AGC系統(tǒng)進一步增大壓力進行壓下操作，使得板材厚度誤差進一步增大。
2 小波降噪
一個含有噪聲的信號的一維模型可以用下式來表示：
在實際應用中，實際的信號往往都是低頻信號，而噪聲都是高頻信號，因此為了將實際信號從中提取出來，就需要進行降噪處理，降噪的過程如下：
第一步對信號進行分解，通過選擇小波函數(shù)和信號分解的層次，將信號進行小波分解。
第二步對信號進行去噪，通過選擇不同的閾值對各個層次的信號進行高頻過濾，即軟閾值或者硬閾值處理。
3 偏心補償
在實際的軋制過程中，板帶軋機往往會受到進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的時候，本文采用空壓靠方法來測量軋制力信號。將采集到的軋制力信號先進行預處理，然后將預處理后的信號進行小波分解和降噪，進而建立軋輥的偏心數(shù)學模型。軋機軋輥偏心補償?shù)姆桨溉鐖D1所示。
圖1 軋輥偏心補償系統(tǒng)框圖
下面以實驗室300mm實驗軋機為例進行軋機模型的建立，因為采用空壓靠法進行軋制力信號采集，因此信號不會受到來料硬度和張力的影響，這樣采集得到的信號更加準確。采集到的軋制力信號如圖2所示。
對采集得到的軋制力信號進行相干平均法預處理，然后對預處理后的軋制力信號進行小波分解。本文將軋制力信號通過Matlab小波工具箱進行小波降噪處理。在Matlab小波工具箱中選取具有5階消失矩的小波函數(shù)daubechies5將原始信號分解成3層。然后進行小波去噪，選取降噪函數(shù)wden進行軟閾值去噪?；趓igrsure規(guī)則，按照Stein無偏似然估計原則選擇適應性閾值，按照非白噪聲的比例選擇閾值尺度改變的比例，對高頻信號進行去噪處理。最后，通過重構信號得到降噪后的信號S1。信號的小波分解如圖3所示。比較前、后的去噪信號如圖4所示。
圖3 信號的小波分解
圖4 去噪前后的信號
如圖3所示，通過小波分解將軋制力信號分解為三層，其中d1、d2和d3為高頻信號，a3為低頻信號，經(jīng)過小波去噪后如圖4所示，信號的高頻部分被有效過濾，信號變得更加光滑，信號的特征更加明顯。
下面將得到的軋制力信號作為軋機AGC控制系統(tǒng)的輸入，則可以的得到軋機的軋輥位移的響應曲線，如圖5所示。
圖5 壓下位移曲線
然后將經(jīng)過小波處理的軋輥偏心信號反向輸入軋機AGC控制系統(tǒng)，對軋輥變心進行補償，則得到的輸出曲線如圖6所示。
圖6 補償后軋機壓下位移曲線
如圖6所示，通過方向加入偏心補償信號后，軋機AGC系統(tǒng)的壓下位移得到了有效補償，補償后，基本消除了軋輥偏心對板厚的影響，偏心擾動減小了85%。提高了系統(tǒng)的性能和帶鋼的厚度精度。
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參考文獻
[1] 袁淑寧.精軋機軋輥偏心的補償控制[J].天津冶金,2014(3).
[2] (美)V.B.金茲伯格(VladimirB.Ginzburg)著,姜明東,王國棟等譯.高精度板帶材軋制理論與實踐[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小波分析與工程應用[M].國防工業(yè)出版社, 2008
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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
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