0107004基于小波分析的板型缺陷識(shí)別方法(已修改)
2025-05-23 17:49 本頁面
【正文】 管理科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究新 進(jìn)展 —— 第 6 屆全國青年管理科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 2021 年 大連 139(東北大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 , 110004) 摘要 本文提出了一種基于小波分析的冷軋板形缺陷識(shí)別的新方法。在識(shí)別中首先利用小波變換、分解、重構(gòu)達(dá)到消噪目的。然后，利用四類模型進(jìn)行缺陷識(shí)別。該方法解決了缺陷中的 1/4 浪和邊中復(fù)合浪無法識(shí)別的問題，本文著重介紹了五項(xiàng)式模型識(shí)別方法，該方法的有效性和準(zhǔn)確性非常明顯，具有一定的使用價(jià)值。 關(guān)鍵詞 小波分析 信號(hào)消噪 板形缺陷識(shí)別 1 引言 在各類冷軋板形缺陷中，邊浪、中浪 、四分之一浪、邊中聯(lián)合浪和復(fù)合浪是常見的。 在軋鋼過程中，為了減少或消除板 形缺陷，近年來相繼開發(fā)了各種板形控制裝置和控制系統(tǒng)。寶鋼冷軋廠則從德國引進(jìn)了全部板形控制和控制系統(tǒng)。其板形控制主要集中在第五機(jī)架并采用了 CVC 板形控制新技術(shù)。該技術(shù)在板形缺陷識(shí)別方面所采用的方法是：根據(jù)裝置在第五機(jī)架后的板形測量儀實(shí)際輸出的應(yīng)力分布曲線，對其進(jìn)行多項(xiàng)式分解。分解得到的一次項(xiàng)表示壓下偏差；二次項(xiàng)表示簡單的邊浪和中浪；四次項(xiàng)則表示復(fù)雜的板形缺陷，即四分之一浪和邊中復(fù)合浪。在相應(yīng)的控制策略中，一次項(xiàng)采用調(diào)整壓下偏斜；二次項(xiàng)采取彎輥與CVC 工作輥軸向移動(dòng)同向接力，以消除二次浪形缺陷；對于四次項(xiàng)則舍棄 。這種“四次多項(xiàng)式分解法”作為板形缺陷識(shí)別的方法，存在的問題有： ⑴對于板形測量儀出現(xiàn)“錯(cuò)誤信號(hào)”時(shí)，板形缺陷識(shí)別模型便無法進(jìn)行有效識(shí)別，這時(shí)系統(tǒng)不得不放棄對板形的控制。 ⑵板形測量儀上采集到的信號(hào)包含一定程度的噪聲干擾成分，這將直接影響板形識(shí)別的有效性和精度。 ⑶實(shí)際軋制過程中，影響板形的因素是多方面的，造成的板形缺陷往往是很復(fù)雜的。采用“四次多項(xiàng)式分解法”分析復(fù)雜的板形缺陷，由于其自身的模型過于簡單，因而導(dǎo)致精度不高。 因此有必要采用更先進(jìn)的方法，對板形缺陷進(jìn)行有效的識(shí)別。尤其在信號(hào)不完整或信號(hào)管理科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究新 進(jìn)展 —— 第 6 屆全國青年管理科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 2021 年 大連 140 中存在噪 聲時(shí)，仍然能正確有效地識(shí)別缺陷的模式；并且在準(zhǔn)確識(shí)別板形缺陷的基礎(chǔ)上對現(xiàn)有的控制策略進(jìn)行修正，達(dá)到改善板形的目的。 為此，本文提出了用小波分析來識(shí)別冷軋板形缺陷。 2 基于小波分析的板型缺陷識(shí)別 小波分析理論是近年來從 FOURIER分析的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一個(gè)時(shí)頻嶄新的時(shí)局部化信號(hào)分析理論，具有許多其他手段，（如 FOURIER 變換， GABOR 變換等），所不具有的優(yōu)良特性。即解決了時(shí)域或頻域的局域化矛盾，在實(shí)際的信號(hào)處理過程中，實(shí)現(xiàn)了對非平穩(wěn)信號(hào)在任一時(shí)刻附近的頻域特征提取。 [5,6] 小波分析方法是一種窗口 大?。创翱诿娣e）固定但其形狀可改變，時(shí)間窗和頻率窗都可改變的時(shí)頻局部化分析方法。即在低頻部分具有較高的頻率分辨率和較低的時(shí)間分辨率，在高頻部分具有較高的時(shí)間分辨率和較低的頻率分辨率。正是這種特性，是小波變換具有對信號(hào)的自適應(yīng)性。 小波函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式 定義 設(shè) )()( 2 RLt ?? （ )(2RL 表示平方可積的實(shí)數(shù)空間，即能量有限的信號(hào)空間），其傅里葉變換為 )(?W? 。若 )(?W? 滿足條件 ???? ??? dwwWCR)( （ 1） 稱 )(t? 為母小波。 母小波 ??t? 經(jīng)伸縮和平移后，就可以得到小波序列。 對于連續(xù)小波序列為 ?????? ???? aataBA 1),( 0, ?? aRba ； （ 2） 其中 a 為伸縮因子， b 為平移因子。 離散小波序列為 ?? ? ?ktt jBA j ???? ?? 22 2),( Zkj ?, （ 3） 小波分析具有自適應(yīng)符合低頻信號(hào)變化緩慢而高頻信號(hào)變化迅速的特點(diǎn)。小波分析理論在信號(hào)處理、圖 象識(shí)別、機(jī)器視覺、系統(tǒng)辨識(shí)、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)故障檢測與診斷等方面都有廣泛應(yīng)用。 小波分析用于信號(hào)消噪處理 管理科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究新 進(jìn)展 —— 第 6 屆全國青年管理科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集 2021 年 大連 141 運(yùn)用小波分析進(jìn)行一維信號(hào)消噪處理是小波分析的一個(gè)重要應(yīng)用之一。一個(gè)含噪聲的一維信號(hào)的模型可以表示成如下的形式： )()()( ieifiS ???? 1,...,1 ?? ni (4) 其中， )(if 為真實(shí)信號(hào)， )(ie 為噪聲， )(is 為含有噪聲的信號(hào)。 在實(shí)際的工程中，有用信號(hào)通常表現(xiàn)為低頻信號(hào)或一些比較平穩(wěn)的信號(hào)，而噪聲信號(hào)則通常表現(xiàn)為高頻信號(hào)。所以消噪過程可按如下方法進(jìn)行處理：首先對信號(hào)進(jìn)行小波分解（如進(jìn)行三層分解，分解過程如圖 1 所示），則噪聲部分通常包含在 CD1， CD2， CD3（高頻部分）中，因而，可以以門限閾值形式對小波系數(shù)進(jìn)行處
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