[發(fā)明專利]一種基于聲信號(hào)的熱軋帶鋼甩尾故障識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010139353.1
• 申請(qǐng)日: 2010-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN101829689A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陽(yáng)建宏;黎敏;李雪瑞;陳剛;康新成;陳翔;魏立澤;周戰(zhàn);鄭耀中;孟傳勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B21B38/00
• 分類號(hào): B21B38/00
• 代理公司: 北京東方匯眾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11296
• 代理人: 劉淑芬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用聲信號(hào)進(jìn)行熱軋帶鋼甩尾故障識(shí)別的方法。熱軋帶鋼甩尾是一種生產(chǎn)異常現(xiàn)象，對(duì)帶鋼甩尾時(shí)發(fā)出的異常聲響進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，提取聲信號(hào)特征進(jìn)行甩尾故障識(shí)別是一種新穎而有效的甩尾故障識(shí)別方法。

背景技術(shù)

熱軋帶鋼甩尾是由于板形控制、活套控制不當(dāng)、帶鋼沿寬度方向溫度分布不均等原因造成的一種生產(chǎn)異常現(xiàn)象，一般多發(fā)生于薄規(guī)格、硬材質(zhì)、寬軋件以及硅鋼等生產(chǎn)中。在熱軋帶鋼生產(chǎn)中出現(xiàn)甩尾現(xiàn)象，尤其是連續(xù)出現(xiàn)，會(huì)造成帶鋼尾部折疊和尾部破碎，給生產(chǎn)造成的危害很大，折疊破碎的尾部很容易咯傷輥面，造成產(chǎn)品的輥印缺陷，破碎殘片如與軋件接觸，又往往造成軋件表面刮傷或軋廢堆鋼；破碎殘片帶入卷取機(jī)內(nèi)，輕則要影響卷取機(jī)的正常工作，重則會(huì)損壞卷取機(jī)。甩尾時(shí)帶鋼的強(qiáng)烈擊打甚至致使軋輥出現(xiàn)表面裂紋甚至脫落等嚴(yán)重現(xiàn)象，這樣在軋制中途必須要及時(shí)換輥。及時(shí)識(shí)別甩尾，合理安排換輥，可以減輕軋輥表面裂紋擴(kuò)展，避免軋輥受到嚴(yán)重?fù)p壞，引起更大的經(jīng)濟(jì)損失。

甩尾通常會(huì)發(fā)出異常的聲響，這種異常的聲音包含著甩尾故障的特征信息。現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員常根據(jù)異常聲響來(lái)判斷甩尾現(xiàn)象，但是人工聽音的方法對(duì)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)依賴較大，易受到監(jiān)聽人員主觀因素的影響，并會(huì)對(duì)監(jiān)聽人員的聽力造成較大的傷害。如果能通過(guò)良好有效的方法對(duì)這種聲音信號(hào)進(jìn)行分析，提取其獨(dú)有的特征，就可以及時(shí)對(duì)甩尾現(xiàn)象進(jìn)行識(shí)別判斷。由于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜，噪聲極大，微弱的甩尾聲響極易淹沒在噪聲中，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)熱軋帶鋼甩尾現(xiàn)象缺乏有效的在線檢測(cè)手段，尤其是以聲學(xué)方法進(jìn)行帶鋼甩尾檢測(cè)，在國(guó)內(nèi)外屬于首創(chuàng)性研究工作。

發(fā)明的目的

本發(fā)明的目的是運(yùn)用現(xiàn)代聲信號(hào)分析理論和方法，并結(jié)合相關(guān)分析理論，針對(duì)熱連軋生產(chǎn)線的特點(diǎn)，采用分幀技術(shù)和Mel頻率倒譜的技術(shù)對(duì)帶鋼甩尾聲信號(hào)進(jìn)行特征提取，采用主成分分析方法和多變量統(tǒng)計(jì)過(guò)程T²控制圖進(jìn)行特征選擇、識(shí)別，以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱軋帶鋼甩尾故障進(jìn)行診斷和分析。

發(fā)明內(nèi)容

1.一種基于聲信號(hào)的熱軋帶鋼甩尾故障識(shí)別方法，其特征在于：

1)對(duì)采集到的每個(gè)帶鋼軋制聲音信號(hào)分別進(jìn)行重采樣和分幀處理

聲音信號(hào)的采樣頻率為44KHZ，重采樣頻率為11KHz，分幀的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)1000。為保證分幀后幀與幀之間的平滑過(guò)渡及其連續(xù)性，對(duì)信號(hào)的每一幀進(jìn)行疊加處理，疊加的部分為幀長(zhǎng)的1/3。

2)計(jì)算每個(gè)聲音信號(hào)每一幀的Mel倒譜系數(shù)MFCC和一階差分系數(shù)ΔMFCC

首先求每一幀信號(hào)的快速傅里葉變換，然后通過(guò)Mel頻率濾波器組，取每個(gè)三角形的濾波器頻率帶寬內(nèi)信號(hào)幅度加權(quán)和作為某個(gè)帶通濾波的輸出，再對(duì)所有濾波器輸出做對(duì)數(shù)運(yùn)算，最后做離散余弦變換，可以得到Mel頻率倒譜系數(shù)MFCC，為了能反應(yīng)聲音的動(dòng)態(tài)變化特征，引入差分倒譜參數(shù)ΔMFCC，將全部聲音信號(hào)的每一幀對(duì)應(yīng)的Mel倒譜系數(shù)MFCC和一階差分系數(shù)ΔMFCC構(gòu)成特征矩陣A。

3)對(duì)特征矩陣A首先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，再進(jìn)行主成分分析，得到特征矩陣A對(duì)應(yīng)的特征值矩陣B，然后根據(jù)各特征值的貢獻(xiàn)率選取特征值，確定主元個(gè)數(shù)k，最后根據(jù)選擇的主元個(gè)數(shù)進(jìn)行T²統(tǒng)計(jì)量控制限估計(jì)，并利用多變量統(tǒng)計(jì)控制圖進(jìn)行特征識(shí)別，從而完成樣本庫(kù)的建立。

4)根據(jù)已經(jīng)建立的系統(tǒng)模型和T²控制限，計(jì)算待識(shí)別的聲音信號(hào)的每幀T²統(tǒng)計(jì)量，確定該聲音信號(hào)超過(guò)控制限的幀數(shù)，再計(jì)算總超限率ρ。總超限率是指一個(gè)聲音信號(hào)超過(guò)T²統(tǒng)計(jì)量控制限的幀數(shù)Z與該聲音信號(hào)的總幀數(shù)m_f的比值ρ＝Z/m_f，當(dāng)ρ大于設(shè)定的閾值時(shí)，則判斷該聲音信號(hào)為甩尾信號(hào)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲信號(hào)的熱軋帶鋼甩尾故障識(shí)別方法，其特征在于：所述的差分倒譜參數(shù)ΔMFCC的計(jì)算公式為：