一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法，包括搭建扭振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并通過(guò)實(shí)時(shí)采用最佳核函數(shù)和參數(shù)的方法，尋找出最佳的軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)模型。扭振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由驅(qū)動(dòng)端的交流變頻電動(dòng)機(jī)、減速器，負(fù)載端的工作軋輥，扭振傳感器、彈性連接軸、測(cè)速傳感器和上位機(jī)組成，測(cè)速傳感器用來(lái)測(cè)量交流變頻電機(jī)通過(guò)減速器后傳輸給彈性連接軸的速度，該速度用來(lái)代表軋機(jī)的軋制速度，扭振傳感器則用來(lái)測(cè)量彈性連接軸中的扭矩大小，兩個(gè)傳感器通過(guò)上位機(jī)中的串口將檢測(cè)到的信號(hào)傳輸給上位機(jī)。本發(fā)明扭振預(yù)測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)精度高，增加了扭振客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，步驟清晰，省時(shí)，省力。
【專利說(shuō)明】一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于支持向量機(jī)預(yù)測(cè)的軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代工業(yè)對(duì)板帶鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量要求日益提高，對(duì)軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)提出了高精度、高動(dòng)態(tài)性的技術(shù)要求，而在實(shí)際生產(chǎn)中，常常會(huì)出現(xiàn)由于負(fù)載擾動(dòng)的影響、輥隙潤(rùn)滑狀況、軋機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)等引發(fā)的扭振，阻礙了生產(chǎn)出高質(zhì)量和高精度的板帶鋼鐵產(chǎn)品，并且對(duì)軋機(jī)機(jī)械設(shè)備帶來(lái)了嚴(yán)重?fù)p壞。這種扭振往往是瞬時(shí)的、隨機(jī)的，不具有周期性的特點(diǎn)，因此，利用建立參數(shù)方程的方法，對(duì)軋機(jī)扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)是不容易實(shí)現(xiàn)的?，F(xiàn)有軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)中存在的需要過(guò)多依靠技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)、難以建立準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)參數(shù)方程、現(xiàn)有的預(yù)測(cè)模型復(fù)雜、不能實(shí)時(shí)調(diào)整預(yù)測(cè)模型以便提高預(yù)測(cè)精度的問(wèn)題。
[0003]支持向量機(jī)是一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)理論的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，在解決小樣本、非線性及高維模式識(shí)別中表現(xiàn)出許多特有的優(yōu)勢(shì)，支持向量機(jī)中的核函數(shù)和參數(shù)優(yōu)化程度影響著構(gòu)建模型的預(yù)測(cè)精度和泛化能力，本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)采用最佳核函數(shù)和參數(shù)的方法，尋找出最佳的軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)模型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0005]一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法，主要通過(guò)支持向量機(jī)，采用多項(xiàng)式核函數(shù)、高斯核函數(shù)，輸入產(chǎn)品表面質(zhì)量的參數(shù)、輥隙潤(rùn)滑情況的參數(shù)及其他不確定因素的參數(shù)，實(shí)時(shí)比較采用不同核函數(shù)時(shí)輸出的軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)精度，利用實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)精度最高的核函數(shù)對(duì)該軋機(jī)扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過(guò)支持向量機(jī)不斷尋找和利用對(duì)扭振預(yù)測(cè)精度最高的核函數(shù)，實(shí)時(shí)對(duì)軋機(jī)的扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)，通過(guò)扭振預(yù)測(cè)值，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軋機(jī)扭振情況的提前預(yù)知，便于技術(shù)人員提前采取相應(yīng)的補(bǔ)償控制方法，抑制軋機(jī)主傳動(dòng)扭振的發(fā)生。
[0006]一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟:
[0007]I)搭建扭振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，扭振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由驅(qū)動(dòng)端的交流變頻電動(dòng)機(jī)、減速器，負(fù)載端的工作軋輥，扭振傳感器、彈性連接軸、測(cè)速傳感器和上位機(jī)組成，測(cè)速傳感器用來(lái)測(cè)量交流變頻電機(jī)通過(guò)減速器后傳輸給彈性連接軸的速度，該速度用來(lái)代表軋機(jī)的軋制速度，當(dāng)驅(qū)動(dòng)端電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載端的轉(zhuǎn)速存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，會(huì)在彈性連接軸中產(chǎn)生扭矩，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，扭振傳感器則用來(lái)測(cè)量彈性連接軸中的扭矩大小，兩個(gè)傳感器通過(guò)上位機(jī)中的串口將檢測(cè)到的信號(hào)傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)中安裝支持向量機(jī)；
[0008]2)模擬主傳動(dòng)系統(tǒng)在非線性參數(shù)下的扭振情況:在扭振試驗(yàn)平臺(tái)上，V表示軋機(jī)的軋制速度；P表示軋制精度；sq表示鋼鐵產(chǎn)品表面質(zhì)量；rl表示輥隙潤(rùn)滑情況；uf表示其他不確定因素；對(duì)于V、P、sq、rl取不同的組合值,用c表示，c (η)表示第η個(gè)組合值；uf(η)表示第η個(gè)隨機(jī)數(shù)；用扭振傳感器檢測(cè)扭振信號(hào)，得到在外界干擾情況下的扭振響應(yīng)，用參數(shù)vr表示，vr (η)表示第η個(gè)扭振響應(yīng)值；[0009]3)取v、p、sq、rl的30組不同組合,用c (I)?c (30)表示，同時(shí)取相對(duì)應(yīng)的uf(I)?uf (30)共30個(gè)隨機(jī)數(shù)，把c (n)、uf (η)歸一化；用扭振傳感器檢測(cè)得到I?25組每一組組合對(duì)應(yīng)的扭振響應(yīng)vr ;將前20組的c (I)?c (20),uf (I)?uf (20)和vr(I)?vr (20)作為訓(xùn)練集；
[0010]4)支持向量機(jī)利用grid-search算法尋找最佳懲罰參數(shù)c和gamma值,采用多項(xiàng)式核函數(shù)對(duì)訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練，得到預(yù)測(cè)模型1，用modell表示，支持向量機(jī)采用高斯核函數(shù)對(duì)訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練，得到預(yù)測(cè)模型2，用model2表示；
[0011]5)將21?25組歸一化后的C (21)?c (25),uf (21)?uf (25)作為預(yù)測(cè)集，利用modell進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到扭振預(yù)測(cè)值，用參數(shù)prl表示，prl (η)表示第η個(gè)扭振預(yù)測(cè)值，比較21?25組中各個(gè)prl (η)和vr (η),若prl (n) -vr (n) | >5%vr (n),則認(rèn)為扭振預(yù)測(cè)值不準(zhǔn)確，記錄不準(zhǔn)確數(shù)值，用參數(shù)npvl表示；
[0012]6)將21?25組歸一化后的c (21)?c (25),uf (21)?uf (25)作為預(yù)測(cè)集，利用model2進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到扭振預(yù)測(cè)值，用參數(shù)pr2表示，pr2 (η)表示第η個(gè)扭振預(yù)測(cè)值，比較21?25組中各個(gè)pr2 (η)和vr (η),若pr2 (η) -vr (η) | >5%vr (n),則認(rèn)為扭振預(yù)測(cè)值不準(zhǔn)確，記錄不準(zhǔn)確數(shù)值，用參數(shù)ηρν2表示；
[0013]7)比較npvl和npv2的大小，若npvl < npv2,表明采用多項(xiàng)式核函數(shù)時(shí)具有較高的扭振預(yù)測(cè)值精度，則輸入c (26)?c (30)、uf (26)?uf (30)，支持向量機(jī)利用grid-search算法尋找最佳懲罰參數(shù)c和ga_a值,支持向量機(jī)采用多項(xiàng)式核函數(shù)對(duì)未來(lái)某一時(shí)刻的扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)值Pr Cm),同時(shí)利用扭振傳感器隨機(jī)檢測(cè)扭振的真實(shí)值vr (m) ;gnpvl > npv2,表明采用高斯核函數(shù)時(shí)具有較高的扭振預(yù)測(cè)值精度,則輸入c(26)?c (30)、uf (26)?uf (30),支持向量機(jī)利用grid-search算法尋找最佳懲罰參數(shù)c和gamma值，采用高斯核函數(shù)對(duì)未來(lái)的扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)值pr Cm),同時(shí)利用扭振傳感器隨機(jī)檢測(cè)扭振的真實(shí)值vr (m)；
[0014]8)每得到一次預(yù)測(cè)值pr (m),則計(jì)算pr (m)-vr (m)|,當(dāng)出現(xiàn)pr (m)-vr (m)>5%vr (m)的次數(shù)累加達(dá)到二次，則利用5)步?7)步的方法，重新選擇核函數(shù)，利用支持
向量機(jī)對(duì)未來(lái)扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)；若|pr (n)-vr (n) | >5%vr (n)的次數(shù)未達(dá)到二次,則繼續(xù)采用現(xiàn)有核函數(shù)，利用支持向量機(jī)對(duì)未來(lái)扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0015]所述O < sq< 9,最小單位為I, sq=0表示板帶鋼鐵產(chǎn)品表面質(zhì)量最差，sq=9表示板帶鋼鐵產(chǎn)品表面質(zhì)量最佳。
[0016]所述OSrK 9，最小單位為I，rl=0表示輥隙潤(rùn)滑情況最差，r 1=9表示輥隙潤(rùn)滑情況最佳。
[0017]所述uf為[O, 10]之間的隨機(jī)數(shù)，Uf的最小單位為0.01。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是:
[0019]1.本發(fā)明所述的一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法與已有的依靠技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)判斷的方法相比，具有使用簡(jiǎn)單、增加了客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)。
[0020]2.本發(fā)明所述的一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法與已有的利用建立參數(shù)方程的預(yù)測(cè)方法相比，具有建立模型簡(jiǎn)單，使用方便，并且具有自主學(xué)習(xí)的能力，可以實(shí)時(shí)提高預(yù)測(cè)精度的特點(diǎn)。
[0021]3.本發(fā)明所述的一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法與已有的利用支持向量機(jī)實(shí)現(xiàn)軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法相比，具有可以更新核函數(shù)，以便實(shí)現(xiàn)更高扭振預(yù)測(cè)精度的特點(diǎn)。
[0022]4.本發(fā)明所述的一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法，其扭振預(yù)測(cè)過(guò)程簡(jiǎn)單，預(yù)測(cè)精度高，增加了扭振客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，避免了不同技術(shù)人員具有不同主觀判斷標(biāo)準(zhǔn)的缺陷，并且過(guò)程簡(jiǎn)單、方便，速度快，步驟清晰，省時(shí)，省力。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1為本發(fā)明所述的扭振試驗(yàn)平臺(tái)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明所述的一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述:
[0026]1.參閱圖1，用交流變頻電動(dòng)機(jī)、減速器，負(fù)載端的工作軋輥以及扭振傳感器、彈性連接軸、測(cè)速傳感器和上位機(jī)搭建扭振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)上位機(jī)中的串口，測(cè)速傳感器將軋機(jī)的軋制速度傳輸給上位機(jī)，扭振傳感器將檢測(cè)到的彈性連接軸中的扭振響應(yīng)傳輸給上位機(jī)，設(shè)置軋制速度V在20m/s至100m/S間改變，軋制精度P在10%至0.1%間改變，板帶鋼鐵產(chǎn)品表面質(zhì)量sq在O至9之間改變，輥隙潤(rùn)滑等級(jí)rl在O至9之間改變，對(duì)于v、p、sq、rl取不同的組合值,用c表示，c (η)表示第η個(gè)組合值。
[0027]2、取V、p、sq、rl的25組不同組合,用c (I)~c (25)表示，同時(shí)取相對(duì)應(yīng)的uf
(I)~uf (25)共25個(gè)隨機(jī)數(shù)，把c (n)、uf (η)歸一化，如表1所示；用扭振傳感器檢測(cè)得到I~25組每一組組合對(duì)應(yīng)的扭振響應(yīng)vr，將前20組的c (I)~c (20)、uf (I)~uf
(20)和vr (I)~vr (20)作為訓(xùn)練集;
[0028]表lv、p、sq、rl, uf, vr 的 25 組值
[0029]
【權(quán)利要求】
1.一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法，其特征在于包括以下步驟: 1)搭建扭振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，扭振實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由驅(qū)動(dòng)端的交流變頻電動(dòng)機(jī)、減速器，負(fù)載端的工作軋輥，扭振傳感器、彈性連接軸、測(cè)速傳感器和上位機(jī)組成，測(cè)速傳感器用來(lái)測(cè)量交流變頻電機(jī)通過(guò)減速器后傳輸給彈性連接軸的速度，該速度用來(lái)代表軋機(jī)的軋制速度，當(dāng)驅(qū)動(dòng)端電機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載端的轉(zhuǎn)速存在轉(zhuǎn)速差時(shí)，會(huì)在彈性連接軸中產(chǎn)生扭矩，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，扭振傳感器則用來(lái)測(cè)量彈性連接軸中的扭矩大小，兩個(gè)傳感器通過(guò)上位機(jī)中的串口將檢測(cè)到的信號(hào)傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)中安裝支持向量機(jī)； 2)模擬主傳動(dòng)系統(tǒng)在非線性參數(shù)下的扭振情況:在扭振試驗(yàn)平臺(tái)上，V表示軋機(jī)的軋制速度；P表示軋制精度；sq表示鋼鐵產(chǎn)品表面質(zhì)量；rl表示輥隙潤(rùn)滑情況；uf表示其他不確定因素；對(duì)于V、P、sq、rl取不同的組合值,用c表示，c (η)表示第η個(gè)組合值；uf (η)表示第η個(gè)隨機(jī)數(shù)；用扭振傳感器檢測(cè)扭振信號(hào)，得到在外界干擾情況下的扭振響應(yīng)，用參數(shù)vr表示，vr (η)表示第η個(gè)扭振響應(yīng)值； 3)取v、p、sq、rl的30組不同組合,用c(I)~c (30)表示，同時(shí)取相對(duì)應(yīng)的uf (I)~Uf (30)共30個(gè)隨機(jī)數(shù)，把c (n)、uf (η)歸一化；用扭振傳感器檢測(cè)得到I~25組每一組組合對(duì)應(yīng)的扭振響應(yīng)vr ;將前20組的c (I)~c (20),uf (I)~uf (20)和vr (I)~vr (20)作為訓(xùn)練集； 4)支持向量機(jī)采用多項(xiàng)式核函數(shù)對(duì)訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練，得到預(yù)測(cè)模型1，用modell表示，支持向量機(jī)采用高斯核函數(shù)對(duì)訓(xùn)練集進(jìn)行訓(xùn)練，得到預(yù)測(cè)模型2，用model2表示； 5)將21~25組歸一化后的c(21)~c (25),uf (21)~uf (25)作為預(yù)測(cè)集，利用modell進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到扭振預(yù)測(cè)值，用參數(shù)prl表示，prl (η)表示第η個(gè)扭振預(yù)測(cè)值，比較21~25組中各個(gè)prl (η)和vr (η),若prl (n) -vr (n) >5%vr (η),則認(rèn)為扭振預(yù)測(cè)值不準(zhǔn)確，記錄不準(zhǔn)確數(shù)值，用參數(shù)npvl表示； 6)將21~25組歸一化后的c(21)~c (25),uf (21)~uf (25)作為預(yù)測(cè)集，利用model2進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到扭振預(yù)測(cè)值，用參數(shù)pr2表示，pr2 (η)表示第η個(gè)扭振預(yù)測(cè)值，比較21~25組中各個(gè)pr2 (η)和vr (η),若pr2 (η) -vr (η) >5%vr (η),則認(rèn)為扭振預(yù)測(cè)值不準(zhǔn)確，記錄不準(zhǔn)確數(shù)值，用參數(shù)ηρν2表示； 7)比較npvl和npv2的大小,若npvl>npv2,表明采用多項(xiàng)式核函數(shù)時(shí)具有較高的扭振預(yù)測(cè)值精度，則輸入c (26)~c (30),uf (26)~uf (30)，支持向量機(jī)采用多項(xiàng)式核函數(shù)對(duì)未來(lái)某一時(shí)刻的扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)值Pr Cm),同時(shí)利用扭振傳感器隨機(jī)檢測(cè)扭振的真實(shí)值vr (m);若npvl〈npv2,表明采用高斯核函數(shù)時(shí)具有較高的扭振預(yù)測(cè)值精度,則輸Ac (26)~c (30)、uf (26)~uf (30)，支持向量機(jī)采用高斯核函數(shù)對(duì)未來(lái)的扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)值Pr (m)，同時(shí)利用扭振傳感器隨機(jī)檢測(cè)扭振的真實(shí)值vr (m)； 8)每得到一次預(yù)測(cè)值pr(m),則計(jì)算pr (m) -vr (m) |，當(dāng)出現(xiàn)pr (m) -vr (m)>5%vr (m)的次數(shù)累加達(dá)到二次，則利用5)步~7)步的方法，重新選擇核函數(shù)，利用支持向量機(jī)對(duì)未來(lái)扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)；若|pr (n)-vr (n) | >5%vr (n)的次數(shù)未達(dá)到二次,則繼續(xù)采用現(xiàn)有核函數(shù)，利用支持向量機(jī)對(duì)未來(lái)扭振進(jìn)行預(yù)測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法，其特征在于:所述O< sq ( 9，最小單位為I, sq=0表示板帶鋼鐵產(chǎn)品表面質(zhì)量最差，sq=9表示板帶鋼鐵產(chǎn)品表面質(zhì)量最佳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法，其特征在于:所述O< rl ( 9，最小單位為1，rl=0表示輥隙潤(rùn)滑情況最差，rl=9表示輥隙潤(rùn)滑情況最佳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軋機(jī)扭振預(yù)測(cè)方法，其特征在于:所述uf為[O，10]之間的隨機(jī)數(shù)，uf的最小單位為0.01`。`
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103752620SQ201310753422
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】白晶, 武海巍, 邢吉生, 牛國(guó)成, 浦鐵成, 徐宇, 楊勇 申請(qǐng)人:北華大學(xué)