子空间分解类算法在轧辊偏心信号提取中的应用研究

发布时间：2019-11-21 15:39

【摘要】：轧辊偏心是影响现代高精度板带轧制厚度质量的关键因素之一,要想进一步提高板带轧机的板形及厚度质量,必须对轧辊偏心扰动加以抑制及补偿控制。由于轧辊偏心信号是混杂在各种扰动和随机信号之中的复杂高频周期信号,轧辊偏心进行补偿控制的效果取决于如何从复杂的轧制力信号中准确提取出微弱的偏心信号,即轧辊偏心信号准确提取是偏心补偿控制的关键。为此,本课题针对现有各类轧辊偏心信号提取方法的局限性,提出采用现代空间谱估计中的子空间分解类算法来研究轧辊偏心信号提取问题,并对该类算法进行了融合与改进,通过理论分析、仿真及实验研究相结合来验证提取轧辊偏心信号的有效性和精确性,该类算法尤其在频率分辨率和抗噪声两个方面要比FFT法具有较好的优越性。论文工作的主要创新点和研究成果如下： 1)针对FFT法在轧辊偏心提取中存在频率分辨率低且消噪效果不佳的局限性,本文提出改进型的噪声子空间MUSIC算法应用于轧辊偏心信号提取。从应用技术创新的层面,重点研究基于Root-MUSIC法和Prony法相融合的轧辊偏心信号提取新方法。仿真结果验证了方法结合的有效性,分辨率高、抗噪性强。 2)为了减小计算量,提高算法的实时性,便于实际工程的应用。本文提出改进型的信号子空间ESPRIT算法应用于轧辊偏心信号提取。基于信号子空间的ESPRIT算法与基于噪声子空间的MUSIC法相比,不再考虑信号子空间与噪声子空间之间的关系,无需进行谱峰搜索,为此提高了算法的实用性。仿真分析出三种ESPRIT方法在不同阵元数和不同信噪比下的频率估计性能。 3)针对轧辊偏心信号实际可能存在非平稳性质和测量噪声有色的性质,经典的二阶统计量子空间类算法存在有偏性和非一致性的问题,本文提出高阶累计量MUSIC法和Prony法相融合并应用于轧辊偏心信号提取。采用基于高阶累积量的MUSIC法对偏心信号进行空问分解达到降阶的效果,能够有效地抑制噪声,在信噪比低时仍具有高的频谱分辨率,能准确提取出偏心谐波的频率及谐波的个数。然后使用Prony方法进一步估计偏心信号的各次谐波幅值和相位,弥补了Prony法对噪声的敏感的弱点。仿真结果验证了该融合方法的有效性。以某厂热轧生产线为背景,采用现场轧制力数据,验证了基于高阶累计量MUSIC和Prony融合方法提取轧辊偏心信号具有很好的实际效果,实验结果表明该方法能准确地提取了相近频率成分及高次偏心谐波分量参数,且去噪效果明显,使重构偏心信号的精度很高,偏心补偿后的效果明显优于FFT法。
【图文】：

示意图,轧机,表面,轴承

棍身的非理想儿何形状造成的偏心，实际情况可能是两者综合影响的结果图2-1和图2-2描绘了其+规则形状，其包括以K儿方面1)支撑辑轴承偏心：这是相对棍身或轴承与轴承之间；2)乳棍椭圆度：是由支撑棍和工作猫棍:??之间最大直径和最小直径的存在差值而引起的；3)支撑棍轴承旋转套筒的偏心及套筒圆周的不均久！性，，而套筒偏心是针对轧棍轴承和猫身而言；4)银t)!和轴承圆周的均6J性；5)乳棍轴承中轴颈的不均句性。Pi—.r "I——,_1T — ；3 ?2 r. L "HF?一 J I ?、-1—圆柱面；2—锥度面；3—辑身；图2-1轧机支撑棍表面示意图-18-

现象,弹性形变,轧制力,机座

力与札制力大小相等，方向相反，而且此力通过礼棍轴承等零部件传到整个机架。如图2-4所示图2-4弹跳现象图巾// 一一带钢入口厚度；P 一一乳制力；h——带钢出口厚度；S。一一空载棍缝；设‘S。是原始描缝宽度，F为轧制力，轧件在F的作用下开始乳制，由于在轧制力的作用下礼机机座也会发生弹性形变，增大辅缝宽度，使接触乳件的乳棍发生形变，呈现凹状态。由于机座弹性形变，减小了实际的压下量，-20-
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG334.9

【参考文献】