连铸结晶器拉坯阻力信号特征提取及识别

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1、连铸结晶器拉坯阻力信号特征提取及识别王红君，司向飞，岳有军http://www.wordwendang.com（天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室(天津理工大学)自动化学院，天津南开区300384）摘要：在板坯连铸生产过程中，为实现结晶器拉坯阻力信号的自动识别，本文采用小波包变换技术，对MDF信号进行降噪预处理，并提取结晶器在不同状态下的阻力信号特征。针对故障样本相对较少的情况，采用虚拟样本技术对其进行扩充，以实现样本的平衡性。最后，采用支持向量机方法，对提取的结晶器拉坯阻力信号特征进行识别研究。实验结果表明，采用小波包变换

2、技术提取的阻力信号特征明显，支持向量机对提取的阻力特征识别精度高、实时性强。关键词：拉坯阻力；小波包；特征提取；支持向量机；虚拟样本；识别中图分类号：TP181文献标识码：AModulefrictionfeatureextractionandrecognitionWANGHong-jun，SIXing-fei，YUEYou-jun(CollegeofAutomation,TianjinKeyLaboratoryforControlTheory&ApplicationsinComplicatedSystems(TianjinUni

3、versityofTechnology),Tianjin,NankaiDistrict300384,China)ABSTRACT：TosolveautomaticrecognitionoftheMouldFriction(MDF)signal,inslabcontinuouscasting,thewaveletpacketdecompositionisappliedtonoisereductionandfeatureextraction,underdifferentworkingstatusofthemould.Generall

4、y,faultsamplesetsarefairlysmall,accordingtothiscondition,augmentthesampleusingvirtualsampletechnologythatcanmakesamplesetsbalance.Then,anewmachine-learningmethod––SupportVectorMachine(SVM)isappliedtorecognizethefeatureoffrictionsignal.TheresultsshowthatSVMcancorrectl

5、yidentifyMDFfeatures。KEYWORDS：mouldfriction;waveletpacket;featureextraction;SVM;recognition1引言目前国内外冶金界研究的热点是高效连铸技术，其核心指标是高速[1-2]。但提高拉坯速度会带来一系列的问题，如漏钢几率增大，铸坯振痕加深。漏钢是连铸生产过程中的灾难性事故，防止漏钢的根本途径是开发高效的漏钢预报技术。目前常用的是基于温度的热电偶漏钢预报系统，但这种系统所作的报警实质上只是对漏钢事故的一种检测，当温度系统报警时铸坯的质量已经受到很大的

6、影响。结晶器与坯壳的相互作用不只包括热的作用，同时还有力的作用，外在表现为阻力(即MDF)。MDF是一个反应连铸生产的敏感物理量，现场观察发现，在大多数漏钢情况发生的2～5min前，拉坯阻力会有显著变化[3]，这为应用MDF进行真正的漏钢预报提供了可能。基金项目：天津市自然科学基金项目(08JCZDJC18600、09JCZDJC23900，10JCZDJC23100),天津市科技支撑计划(10ZCECJD43080)基于MDF的漏钢预报的关键是对MDF波形的识别，即要从检测得到的MDF波形中识别出具有漏钢征兆的波形。利用小波包

7、分解技术将MDF信号分解到不同的频段上，并计算各个频段内信号的能量值。结晶器工作在不同状态下，MDF的各频率段的能量大小不同，与正常状态时相比某些频带能量会增大，某些频带能量会减少，依此可以建立起阻力信号各频带能量到结晶器各状态间的映射关系。利用SVM对这一关系进行“学习”，当新的MDF信号输入到经“学习”后的SVM时，SVM即可给出此时结晶器的工作状态，从而实现结晶器的智能监测。2小波包理论与信号特征提取2.1小波包基本理论小波包变换是一种变尺度时频分析方法[4]。设有函数，为组成的Hilbert空间，把看成是某一逐级逼近的极

8、限情况。每级逼近都是用某一低通平滑函数对做平滑的结果，在逐级逼近时也做逐级伸缩，这就是“多分辨率”，即用不同分辨率来逐级逼近待分析函数。我们把空间做逐级二分解产生一组逐级包含的子空间：是整数，值越小空间越大，如图1。将尺度空间和小波子空间可以用一个新的子空间统一