數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與機(jī)理分析相結(jié)合的冷軋連退過程故障診斷方法研究.pdf

1、冷軋連續(xù)退火過程（簡(jiǎn)稱連退過程）是冷軋的關(guān)鍵工序，由開卷機(jī)、焊機(jī)、入口活套、爐區(qū)、出口活套、平整機(jī)和卷取機(jī)等設(shè)備組成。用于對(duì)冷軋帶鋼再結(jié)晶退火，以改善其微觀組織、提高塑性和成形性，得到鍍錫/鍍鋅原板。為使帶鋼高速穩(wěn)定通過爐區(qū)以獲得高品質(zhì)的產(chǎn)品，連退過程要求將運(yùn)行在爐區(qū)段的上千米帶鋼的張力控制在生產(chǎn)工藝所規(guī)定的目標(biāo)值范圍內(nèi)。為此，將整個(gè)爐區(qū)上百個(gè)傳動(dòng)輥劃分十余段構(gòu)成十余段的張力回路，通過調(diào)節(jié)各傳動(dòng)輥的速度、電流使張力控制在生產(chǎn)工藝規(guī)定的范

2、圍內(nèi)。然而，原材料缺陷、傳動(dòng)輥表面磨損、傳動(dòng)輥軸承斷裂等會(huì)造成張力波動(dòng)。當(dāng)張力波動(dòng)在工藝規(guī)定的范圍之外時(shí)發(fā)生張力異常工況，會(huì)造成帶鋼表面褶皺、瓢曲等產(chǎn)品質(zhì)量問題;張力過大發(fā)生斷帶，造成過程長(zhǎng)時(shí)間非計(jì)劃停機(jī);張力過小發(fā)生傳動(dòng)輥與帶鋼間打滑，會(huì)造成帶鋼表面劃痕缺陷的產(chǎn)品質(zhì)量問題。因此，研究連退過程張力故障診斷對(duì)過程安全運(yùn)行和健康維護(hù)具有重要的實(shí)際意義，對(duì)故障診斷領(lǐng)域的研究有著重要的學(xué)術(shù)意義。
　　本文以大型連退過程為背景，進(jìn)行數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

3、與機(jī)理分析相結(jié)合的故障診斷方法研究，取得了如下成果:
　　(1)結(jié)合連退過程特點(diǎn)，建立了連退過程的張力模型。該張力模型中慣量參數(shù)不僅與傳動(dòng)輥慣量和電機(jī)慣量相關(guān)，還與帶鋼慣量有關(guān);帶鋼在加熱后因熱脹冷縮引起張力變化，張力模型中的摩擦項(xiàng)不僅與軸承摩擦相關(guān)還與氣氛流動(dòng)相關(guān)。經(jīng)分析，張力變化項(xiàng)和摩擦項(xiàng)難以采用精確數(shù)學(xué)模型描述。為此，本文提出了由基于觀測(cè)器的主模型和基于主元回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的誤差補(bǔ)償模型組成的張力估計(jì)方法。在此基礎(chǔ)上，提出張力估

4、計(jì)與規(guī)則推理相結(jié)合的張力異常工況診斷方法。
　　(2)針對(duì)兩層主元分析故障診斷方法無法分析故障對(duì)于具有整段、塊和子塊三層結(jié)構(gòu)的大規(guī)模串聯(lián)加工過程中各子塊的影響，提出了三層主元分析故障診斷方法。理論分析了三層主元分析與主元分析(Principal Component Analysis，PCA)和兩層主元分析的得分、殘差間的等價(jià)關(guān)系，結(jié)果表明三層主元分析算法在特定歸一化準(zhǔn)則下與PCA等價(jià)。因其不是對(duì)兩層主元分析的塊負(fù)荷以隨機(jī)方式劃分子

5、塊，對(duì)故障解釋能力更強(qiáng)。結(jié)合連退過程對(duì)整段張力分整段、張力回路塊、輥?zhàn)幼訅K三層結(jié)構(gòu)，利用正常數(shù)據(jù)和斷帶數(shù)據(jù)，采用所提的三層主元分析方法進(jìn)行連退過程斷帶特性分析。首先，給出連退過程整段統(tǒng)計(jì)指標(biāo)、張力回路塊統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和輥?zhàn)幼訅K統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，并利用正常工況采集的速度和電流數(shù)據(jù)由閾值計(jì)算公式求得統(tǒng)計(jì)指標(biāo)閾值;接下來，利用斷帶數(shù)據(jù)求得斷帶故障的整段統(tǒng)計(jì)指標(biāo)、張力回路塊統(tǒng)計(jì)指標(biāo)和輥?zhàn)幼訅K統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，得到斷帶故障的塊統(tǒng)計(jì)指標(biāo)三維圖和子塊統(tǒng)計(jì)指標(biāo)三維圖;通過分

6、析，得到斷帶前塊統(tǒng)計(jì)指標(biāo)相鄰兩次超限時(shí)間間隔等于帶鋼在相鄰兩輥間的傳輸時(shí)間、斷帶后塊指標(biāo)遠(yuǎn)高于正常閾值、可達(dá)其十余倍的斷帶特性。
　　(3)針對(duì)單維變量重構(gòu)能診斷故障變量，但不能診斷多個(gè)變量構(gòu)成的過程故障，將單維變量重構(gòu)推廣為多維分塊重構(gòu)，提出了多維分塊重構(gòu)故障診斷方法，理論分析了多維分塊重構(gòu)的可重構(gòu)與可診斷條件。采用該方法，提出主元分析與多維分塊重構(gòu)相結(jié)合的連退過程張力回路塊故障診斷方法。在此基礎(chǔ)上，提出斷帶特性與有限狀態(tài)機(jī)相結(jié)