一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的軋制過程打滑診斷及預(yù)測的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軋機(jī)自動控制領(lǐng)域，尤其是一種軋制過程打滑診斷及預(yù)防的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步，乳制設(shè)備繼續(xù)向著大型化、高速化、自動化與高精度方向發(fā) 展。與此同時軋件重量、乳制速度的不斷增加和對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，乳制過程中主 傳動系統(tǒng)打滑現(xiàn)象頻繁發(fā)生。為了實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，必須采取有效的措施來避免打滑現(xiàn)象的 發(fā)生。因此，如何避免軋機(jī)在高速軋制時發(fā)生打滑是提高軋機(jī)生產(chǎn)能力的一個重要課題。
[0003] 到目前為止，國內(nèi)外很多學(xué)者都對軋機(jī)的打滑現(xiàn)象做出一些研宄。例如：白振華、 王駿飛在"2002年薄鋼板質(zhì)量研討會"上作的名為"冷連軋機(jī)打滑判斷條件及其影響因素 的研宄"的報告，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的觀點(diǎn)給出了打滑判斷條件，并對冷連軋機(jī)打滑影響因素進(jìn)行 了分析，提出防治打滑的相關(guān)措施；陳俊在"2006年全國冷軋板帶生產(chǎn)技術(shù)交流會"上作的 關(guān)于"冷連軋機(jī)打滑問題的新解和思考"的報告，分析了軋制打滑是一個受張力制度、變形 分配、工藝潤滑冷卻條件和軋制接觸表面粗糙度等諸多工藝要素所控制的現(xiàn)象；張建成、蔡 恒君等人在"2011年全國冷軋板帶技術(shù)交流會"上發(fā)表的"冷連軋機(jī)打滑問題的分析"從生 產(chǎn)實(shí)踐的角度并結(jié)合相關(guān)理論闡述影響打滑的因素，提出了防治打滑的若干措施。但是，很 少有通過核主元分析法對軋機(jī)在軋制過程中是否會出現(xiàn)打滑現(xiàn)象進(jìn)行診斷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于提供一種容易判斷、預(yù)測方法方便簡單、打滑原因直觀準(zhǔn)確的基 于數(shù)據(jù)驅(qū)動的軋制過程打滑診斷及預(yù)測的方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述方法包括以下步驟：
[0006] (1)采集數(shù)據(jù)，在軋制過程中，根據(jù)軋制理論和生產(chǎn)實(shí)際確定采集的正常數(shù)據(jù)，需 采集的數(shù)據(jù)包括：乳化液濃度、乳件溫度、乳機(jī)的前后張力、乳輥速度、乳機(jī)的入口厚度和出 口厚度、乳輥直徑、乳件寬度、乳輥表面粗糙度，對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪和標(biāo)準(zhǔn)化處理；
[0007] (2)利用正常軋制狀態(tài)下的正常數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性分析，計(jì)算正常狀態(tài)下正常數(shù)據(jù) 的核矩陣，對核矩陣進(jìn)行中心化處理，建立打滑相關(guān)的核主元模型，利用自由搜索法確定核 主元參數(shù)，計(jì)算正常數(shù)據(jù)的T 2和SPE統(tǒng)計(jì)量，確定統(tǒng)計(jì)量T2和SPE的控制限；所述控制限對 應(yīng)于99 %置信限；
[0008] 其中，正常數(shù)據(jù)的T2統(tǒng)計(jì)量的表達(dá)式為：
[0009] T2= A^ 1Lt1, ...,tp]T
[0010] 式中，ti(i = I, . . . , p)是第i個非線性主元，P為主元個數(shù)，A i為特征值，A H為 相應(yīng)特征值A(chǔ)i的倒數(shù)；
[0011] T2的控制限可根據(jù)F分布求得：
[0013] 式中，n表示為樣本數(shù)目，a表示為置信度，P為主元個數(shù)，F(xiàn)p，n_p， a表示置信度為 a的F分布；
[0014] SPE統(tǒng)計(jì)量的表達(dá)式為：
[0016] 式中，巾（X)是原始樣本數(shù)據(jù)X在特征空間F的映射，^p(X)是特征空間的主元向 量，n表示為樣本數(shù)目，p為主元個數(shù)，h (i = 1，. . .，p)是第i個非線性主元；
[0017] 正常數(shù)據(jù)的SPE的控制限為：
Ca為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布在置信水平a下的閾值。
[0020] (3)將實(shí)際軋制過程的測試數(shù)據(jù)或軋制規(guī)程預(yù)設(shè)定值進(jìn)行去噪和標(biāo)準(zhǔn)化處理，計(jì) 算測試數(shù)據(jù)的核矩陣，對測試數(shù)據(jù)的核矩陣進(jìn)行中心化處理，建立核主元模型，將測試數(shù)據(jù) 或預(yù)設(shè)定值映射到核主元模型，計(jì)算測試數(shù)據(jù)的T 2和SPE統(tǒng)計(jì)量；將測試數(shù)據(jù)的T 2和SPE 統(tǒng)計(jì)量與正常數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量T2和SPE的控制限進(jìn)行比較，判斷測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)量T 2和SPE是 否超過控制限，如果超限，則判斷出現(xiàn)打滑故障，并輸出打滑故障數(shù)據(jù)；
[0021] (4)對故障數(shù)據(jù)利用核主元貢獻(xiàn)圖法對變量進(jìn)行故障分離，計(jì)算貢獻(xiàn)量，畫出貢獻(xiàn) 圖，判斷打滑故障原因，修改造成打滑故障的相應(yīng)軋制變量，避免打滑現(xiàn)象發(fā)生。
[0022] 進(jìn)一步的，所述去噪處理采用小波去噪方法。
[0023] 進(jìn)一步的，利用核主元分析方法計(jì)算正常數(shù)據(jù)的T2和SPE統(tǒng)計(jì)量，
[0024] 其中，核函數(shù)K(Xi，Xj)采用徑向基函數(shù)，即：
[0026] 式中，Xi, XjG X表示樣本，c表示核主元參數(shù)；核主元參數(shù)c采用自由搜索法確定。
[0027] 進(jìn)一步的，實(shí)際軋制過程中的測試數(shù)據(jù)或軋制規(guī)程預(yù)設(shè)定值與歷史數(shù)據(jù)的采集種 類相同，均包括乳化液濃度、乳件溫度、乳機(jī)的前后張力、乳輥速度、乳機(jī)的入口厚度和出口 厚度、乳輥直徑、乳件寬度、乳輥表面粗糙度。
[0028] 應(yīng)用本發(fā)明方法的工作過程大致如下：
[0029] 利用正常軋制狀態(tài)下的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性分析，抽取核主元信息，建立核主元 模型。將測試數(shù)據(jù)（預(yù)設(shè)定軋制規(guī)程的相關(guān)數(shù)據(jù)或監(jiān)測的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)）映射到核主元模 型，判斷軋機(jī)是否存在打滑故障。如果存在打滑故障，利用核主元貢獻(xiàn)圖法對變量進(jìn)行故障 分離，準(zhǔn)確判斷打滑原因，修改相應(yīng)軋制參數(shù)設(shè)定值，避免打滑現(xiàn)象的發(fā)生。
[0030] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：提高生產(chǎn)過程的安全性并使檢修得 到優(yōu)化；在線監(jiān)測軋制過程打滑故障的發(fā)生，還可對預(yù)設(shè)定的軋制規(guī)程進(jìn)行診斷，如果存在 問題可及時修正，防患于未然，提高生產(chǎn)安全性和生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明方法的流程圖。
[0032] 圖2a是實(shí)施例1各采樣點(diǎn)的T2統(tǒng)計(jì)量。
[0033] 圖2b是實(shí)施例1各采樣點(diǎn)的SPE統(tǒng)計(jì)量。
[0034] 圖3a是實(shí)施例1的各變量T2貢獻(xiàn)圖。
[0035] 圖3b是實(shí)施例1的各變量SPE貢獻(xiàn)圖。
[0036] 圖4a是實(shí)施例1三個變量改為正常值后的T2仿真圖。
[0037] 圖4b是實(shí)施例1三個變量改為正常值后的SPE仿真圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明：
[0039] 如圖1所示，利用正常軋制狀態(tài)下的正常數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性分析，抽取核主元信息， 建立核主元模型。將測試數(shù)據(jù)映射到核主元模型，檢驗(yàn)測試數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)量T 2和SPE是否超 過控制限，判斷軋機(jī)是否存在打滑故障。如果存在打滑故障，利用核主元貢獻(xiàn)圖法對變量進(jìn) 行故障分離，準(zhǔn)確判斷打滑原因，修改相應(yīng)軋制參數(shù)設(shè)定值，避免打滑現(xiàn)象的發(fā)生。
[0040] 具體步驟如下：
[0041] (1)采集數(shù)據(jù)，在軋制過程中，根據(jù)軋制理論和生產(chǎn)實(shí)際確定采集的正常數(shù)據(jù)，需 采集的數(shù)據(jù)包括：乳化液濃度、乳件溫度、乳機(jī)的前后張力、乳輥速度、乳機(jī)的入口厚度和出 口厚度、乳輥直徑、乳件寬度、乳輥表面粗糙度，把數(shù)據(jù)分為正常數(shù)據(jù)和測試數(shù)據(jù)，對所采集 的數(shù)據(jù)進(jìn)行小波去噪和標(biāo)準(zhǔn)化處理；
[0042] 將所有變量數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化為均值為0,方差為1的無量綱數(shù)值。其計(jì)算公式 為：
[0045] (2)利用正常軋制狀態(tài)下的正常數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性分析，計(jì)算正常狀態(tài)下歷史數(shù)據(jù) 的核矩陣，對核矩陣進(jìn)行中心化處理，建立打滑相關(guān)的核主元模型，利用自由搜索法確定核 主元參數(shù)，