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冷軋帶鋼板形檢測誤差及異常信號補償模型

文檔作者：楊利坡1 2 于丙強1,2 李榮民劉宏民2 杜長征3 文檔來源： 1．燕山大學(xué)國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心 2．燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點實驗室 3．河北鋼鐵集團衡水薄板有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年10月21日
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第50卷第6期
2014年3 月
機械工程學(xué)報
JOURNAL 0F MECHANICAL ENGIN。EERING
Vo1．50 NO．6
Mat． 20l4
DoI： lO．3901／JM E．2014．O6．O30
冷軋帶鋼板形檢測誤差及異常信號補償模型水
楊利坡 ，2 于丙強1,2 李榮民 ， 劉宏民 ，2 杜長征
f1．燕山大學(xué)國家冷軋板帶裝備及工藝工程技術(shù)研究中心秦皇島066004；
2．燕山大學(xué)亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點實驗室秦皇島066004；
3．河北鋼鐵集團衡水薄板有限公司 衡水051000)
摘要：針對冷軋帶鋼板形檢測通道的信號誤差或異常等問題，基于接觸式板形檢測原理、壓磁傳感器及其電磁特性，建立板
形檢測誤差及異常信號補償模型。綜合理論模型和中試數(shù)據(jù)，深入分析零點殘存電壓、帶鋼邊部板形誤差、檢測輥撓度、安
裝精度等因素對原始板形信號的影響，解決板形信號不穩(wěn)定的問題。以1050冷軋機為例，根據(jù)軋機配置和工藝參數(shù)，在線
計算帶鋼起始和末尾通道號、邊部信號誤差、檢測輥撓度誤差等補償量，制定滿足在線板形控制要求的板形檢測輥允許安裝
誤差，提出異常信號緊急處理措施，防止板形誤調(diào)事故，實現(xiàn)穩(wěn)定軋制，有利于提高板形檢測精度和板形控制精度。
關(guān)鍵詞： 板形檢測；零點漂移；異常信號；誤差補償；冷軋帶鋼
中圖分類號：TP211
Compensation M odel of Abnormal Signal and Shape Detection Error of
Cold Rolling Strip
YANG Lipo ， YU Bingqiang ， LI Rongmin ， LIU Hongmin ， DU Changzheng。
(1．National Engineering Research Center for Equipment and Technology of Cold Strip Rolling，
Yanshan University,Qinhuangdao 066004；
2．State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Techn ology,Yanshan University,
Qinhuangdao 066004；
3．Hengshui Strip Rolling Co．，Ltd．，Hebei Iron&amp;amp;Steel Group，Hengshui 051000)
Abstract：Point to the unusual problems in the detection process．for example of the channel failure and not continuous tran sverse
shape signal，the shape detection error and the abnormal sign al compensation model are established based on the principle of
contactless shape detection．piezomagn etic sensor and its electromagnetic characteristics．Comprehensive theoretical models and test
datum，the efects of technological factors on the original shape sign al，such as the zero remaining voltage sign al，the strip edge error,
the detection roll deflection and its installation accuracy and SO on，are analyzed to solve instability problem of the original shape
signa1．For example of 1050 cold rolling mill，according to the mill model configuration and the rolling param eters，the start and the
end channel numbers，the edge error compensation am ount，the deflection chan ge and the logical installation accuracies of the shape
detection roll could be online calculated by the model to meet requirements of the online shape control，and appropriate emergency
measures are advan ced to prevent serious mistakenly regulation accident of mill caused by abnormal signal，and to achieve stable
carefree rolling and improve the shape detection precision and the shape control precision．
Key words：shape detection；zero drift； abnormal signal；eror compensation；cold rolling strip
0 前言
生產(chǎn)過程中，冷軋帶鋼在較大前、后張力的作
·國家自然科學(xué)基金(51305387)、國家科技支撐計劃(2011BAF15B03)和
河北省高等學(xué)校自然科學(xué)研究青年基金(Q2012104)資助項目。
20130301收到初稿，20130928收到修改稿
用下，在線板形缺陷常被隱藏，僅憑經(jīng)驗無法定量
檢測、評價和控制在線板形【J J，導(dǎo)致整卷帶鋼在全
長范圍內(nèi)的板形穩(wěn)定性不好，開卷或退火后的帶鋼
經(jīng)常表現(xiàn)出多種多樣的表觀板形缺陷【j～。
板形儀是檢測冷軋帶鋼在線板形狀況的核心設(shè)
備p。。J。然而板形儀在安裝、調(diào)試和標(biāo)定過程中，受
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2014年3月 楊利坡等：冷軋帶鋼板形檢測誤差及異常信號補償模型 31
零點殘存電壓等物理因素和撓度、安裝精度等工藝
因素的影響 J，原始板形信號總存在原始波形噪聲
大、板形信號不穩(wěn)定等問題，一定程度上影響冷軋
帶鋼的離線板形標(biāo)定精度和在線板形檢測精度，導(dǎo)
致板形儀實時檢測的原始板形信號未能準(zhǔn)確反映在
線冷軋帶鋼的板形變化。
基于壓磁接觸式板形檢測原理，研究板形檢測
輥內(nèi)部傳感器的電磁特性及其差動電路的補償特
性u?，深入分析零點殘存電壓、帶鋼邊部信號誤差、
檢測輥撓度、安裝精度等干擾噪聲及工藝誤差對原
始波形信號的影響，建立板形檢測誤差及異常信號
補償模型。利用該模型，在消除零點殘存電壓和做
好屏蔽、隔離、濾波等措施的基礎(chǔ)上，對原始板形
信號進行綜合補償，補償后的實測信號才能準(zhǔn)確反
映在線帶鋼的真實板形狀況，替代依賴經(jīng)驗的傳統(tǒng)
調(diào)控模式，實時指導(dǎo)在線板形控制u1-14]o這對于提
高板形檢測輥的標(biāo)定精度、檢測精度有明顯的作用，
對于實現(xiàn)冷軋帶鋼的精細(xì)板形調(diào)控和提高板形控制
的穩(wěn)定性具有重要的理論意義和工程價值。
1 原始板形信號預(yù)處理
1．1 壓磁特性曲線
檢測輥是板形儀的核心部件p J，作用是檢測原
始板形信號，其信號強弱和好壞直接影響板形檢測
精度和板形控制精度。
壓磁傳感器是檢測輥獲取壓力信號的關(guān)鍵。壓
力與電壓之間特性曲線如圖1所示，其中 段為線
性段，檢測輥工作范圍盡量在該區(qū)域內(nèi)。檢測輥徑
向?qū)ΨQ位置各安裝1個壓磁傳感器，兩個傳感器形
成1個差動電路，如圖2所示，構(gòu)成板形檢測輥的
一個檢測單元。傳感器在受帶鋼施加給檢測輥的徑
向壓力的作用下，鐵磁材料的磁導(dǎo)率發(fā)生變化，引
起線圈的電感和阻抗變化，當(dāng)鐵磁材料上同時繞有
勵磁繞組和測量繞組時，磁導(dǎo)率變化將導(dǎo)致繞組間
耦合系數(shù)的變化，從而使輸出電動勢發(fā)生變化，通
過相應(yīng)的測量電路，就可以根據(jù)輸出量值衡量檢測
通道所受的徑向壓力，進而獲得板形值 ?。
圖1 壓力特性曲線
圖2 差動補償電路
1．2 板形信號差動電路
設(shè)差動電路勵磁電源的電壓峰值為 一，有效
值為u1： 一／√2，角頻率為CO，則勵磁電壓 可
表示為 = — sincot。設(shè) l、蜀2分別表示一次
繞組等效電阻，厶 、厶：分別表示一次繞組等效電
感。為了計算方便，設(shè)一次等效電阻g1=R1。+R12、
等效電感厶=厶 +厶 ，則一次繞組的勵磁電流五可
表示為
(1)
設(shè) 、 ：分別表示二次繞組的等效電感，
。、 ：分別表示二次繞組的等效電阻， 為電
位器或調(diào)零電阻， 為調(diào)零線圈。設(shè)一次、二次繞
組匝數(shù)分別為M 、Ⅳ2， 、 分別表示為通過
一次繞組及兩個二次繞組的磁阻。由于一次繞組中
勵磁電流 的存在，在一次、二次繞組中分別產(chǎn)生
磁通 和 ：
等~22
則等效變壓器的互感系數(shù) 、 ：分別為
=竽= l ‘ 竽= 2
二次側(cè)兩個等效變壓器的感應(yīng)電動勢 、 分別
表示為
E1=一jcoMl =一jcoM211 (4)
因感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的輸出電壓
． ． ． r7
巨一 =一jco( ·一 ： (5)
則有效輸出電壓
u2=
基于式(6)可知，如果兩個壓磁傳感器的特性相
同，則認(rèn)為空載時兩個二次繞組所在磁路的磁阻相
同，即 l= 2，或認(rèn)為兩個傳感器的一次繞組和
二次繞組之間的互感系數(shù)相等，即M =M2=M 。
在理想狀態(tài)下，當(dāng)兩個傳感器不受力或受絕對
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32 機械工程學(xué)報 第50卷第6期
相同的力時，輸出電壓有效值 理論上應(yīng)該恒等于
零。因此可以理解當(dāng)兩組性能相同的傳感器同時受
到強磁、強振、高溫等外界干擾時，因兩者互感系
數(shù)相等，就可以利用差動電路互相抵消外界干擾對
輸出電壓的影響。
檢測輥在理想狀態(tài)工作時，如果1號傳感器受
力，其互感系數(shù)發(fā)生變化，表示為M1=M +AM】，
導(dǎo)致回路中的感應(yīng)電流 隨之變化，同時引起2號
傳感器的電壓波動，等同于2號傳感器的互感系數(shù)
也隨之變化，表示為M =M + 2。此時，瞬間
有效輸出電壓
囂√ + ( o~Li) √ +( oJ／~) 、
然而，在實際工作過程中，通常很難做到兩個
傳感器的性能完全一致，即M 三M2。假設(shè)兩個傳
感器的性能差異引起的互感系數(shù)偏差為 ，則實
際有效輸出電壓應(yīng)表示為
。 oq) +
- I- √ +( √群 ( ) ㈣
設(shè)實際工作時產(chǎn)生的有效電壓偏差
(9)
設(shè)傳感器理想勵磁轉(zhuǎn)換系數(shù) 和勵磁偏差轉(zhuǎn)
換系數(shù) 分別為
Ko= co~ ,／
—√1 群==+=(= =厶==) =- 、-n一—√F =+==( ==厶 ) (10、)
式中， 表示一對傳感器理想狀況下的一次側(cè)和二
次側(cè)之間的勵磁轉(zhuǎn)換關(guān)系， 表示因傳感器性能
差異及其外來因素引起的勵磁轉(zhuǎn)換關(guān)系，可表
示為
= -I-5Xt-4- + r+ + +MCc(11)
式中，AKv， ， ， r， ， ：， 分別表示
差動電路殘余電壓、溫差、撓度、預(yù)壓力偏差、離
心力偏差、振動偏差和磁場偏差引起的勵磁電壓偏
差轉(zhuǎn)換系數(shù)。參考式(7)～(11)，則式(7)又可表示為
= Kou1+AU2=(Ko+ 0) = (12)
式中， 表示傳感器的綜合勵磁轉(zhuǎn)換系數(shù)。
l3 周期極值信號
板形檢測輥在1個旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，1、2號傳感器
依次受力，除因傳感器特性不同或受力略有差別外，
幅值幾乎相等，僅相位相差兀。檢測輥原始信號經(jīng)
調(diào)制放大后，利用相敏檢波電路解調(diào)信號，再通過
低通濾波送入峰值鎖存電路，最后將AD轉(zhuǎn)換后的
數(shù)字信號送入數(shù)字信號處理(Digital signal
processing，DSP)系統(tǒng)，通過相應(yīng)接口送入工控機，
實現(xiàn)板形檢測過程pJ。
通常取一周內(nèi)1、2號傳感器分別受力時的峰
值 一和 絕對值的平均值作為檢測輥旋轉(zhuǎn)
一周內(nèi)的有效信號，或稱之為周期平均值 ，即
U=( 一+ )／2 (13)
1．4 零點殘存電壓
理想狀態(tài)下，壓磁傳感器組成的差動電路的空
載輸出電壓應(yīng)為零。但是由于壓磁傳感器受本身磁
性材料、加工工藝、勵磁電壓波動及一組傳感器非
對稱預(yù)應(yīng)力的影響，兩個二次繞組的電氣參數(shù)及幾
何結(jié)構(gòu)不可能完全對稱，磁性材料在磁化時出現(xiàn)非
線性(如磁飽和、磁滯)等現(xiàn)象，在零點常常存在一
個零點殘存值(從零點幾mV到數(shù)十my)，即在空載
狀況下，兩個傳感器的代數(shù)之和或輸出電壓將不等
于零【l?。在工作過程中，傳感器受周圍環(huán)境溫度變
化的影響，引起線圈及導(dǎo)磁體磁導(dǎo)率的變化，從而
使線圈磁場發(fā)生變化，產(chǎn)生溫度漂移，引起額外的
零點漂移。如果零點殘電壓太大，將使線性度變壞，
導(dǎo)致傳感器的輸出特性在零點附近范圍內(nèi)不靈敏，
分辨力低，靈敏度下降，非線性誤差增大。
在板形檢測電路結(jié)構(gòu)中，利用式(11)或式(12)
能夠消除絕大多數(shù)的噪聲干擾，即采用理想差動電
路能夠有效地抑制零飄。板形檢測輥在使用過程中，
一旦有跡象表明傳感器差動回路的零殘電壓太大
時，就必須進行電路調(diào)整和重新標(biāo)定。
2 在線板形檢測誤差及異常信號分析
在板形檢測過程中，經(jīng)常發(fā)生板形檢測信號偏
離實際板形狀況情況，導(dǎo)致板形控制系統(tǒng)的誤操作，
甚至將原本平直的帶鋼誤調(diào)出板形缺陷來L1 "J。因
此對檢測輥原始板形信號的穩(wěn)定性要求很高，需要
對在線板形信號進行準(zhǔn)確補償和實時監(jiān)控，尤其是
在投入閉環(huán)過程中，技術(shù)要求更加苛刻，不允許出
現(xiàn)任何異常信號，以免造成板形信號失真、板形調(diào)
控參數(shù)紊亂甚至帶鋼斷帶緊急停機等意外事故。
由于冷軋帶鋼生產(chǎn)過程極為復(fù)雜，干擾因素眾
多，導(dǎo)致在線板形信號往往包含著板形偏差，不能
反映在線帶鋼的真實板形狀況，影響板形控制的效
果 J。干擾因素可分為內(nèi)因和外因：內(nèi)因是檢測輥
板形分辨力、壓磁特性、信號傳輸和通信等；外因
是瞬變溫差、鋼卷卷形、帶鋼邊部覆蓋、包角大小、
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2014年3月 楊利坡等：冷軋帶鋼板形檢測誤差及異常信號補償模型 33
檢測輥撓度及其安裝誤差等。其中內(nèi)因可以通過優(yōu)
化設(shè)計檢測輥結(jié)構(gòu)和信號處理硬件電路系統(tǒng)改
善 ?，外因則需要探索其產(chǎn)生機理，建立相應(yīng)的板
形檢測誤差補償模型 J，對原始板形信號進行必要
的補償校正，才能準(zhǔn)確反映在線帶鋼的真實板形狀
況，提高板形檢測精度和板形控制精度。
因此提高板形檢測精度，需要根據(jù)接觸式板形
檢測原理，探索在線板形補償機理，針對不同的板
形誤差建立相應(yīng)的補償模型和預(yù)防措施，才能使檢
測信號準(zhǔn)確地反映在線帶鋼的實際板形狀況。
3 板形檢測誤差補償模型
3．1 邊部誤差補償模型
在眾多影響因素中，帶鋼邊部覆蓋引起的板形
誤差容易被忽略 J，然而經(jīng)理論分析和工業(yè)驗證，
帶鋼邊部板形誤差對于板形閉環(huán)控制過程至關(guān)重
要。因為在板形檢測過程中，帶鋼邊部很難恰好覆
蓋一個完整的檢測通道，導(dǎo)致帶鋼邊部的板形值偏
小，不能反映真實的板形狀態(tài)，原始板形橫向分布
曲線表現(xiàn)為隨偏移量而變化的高次曲線或不連續(xù)曲
線。如果不對其進行必要的邊部誤差修正，當(dāng)偏移
量發(fā)生變化時，原始板形曲線可能偏離實際板形狀
況，導(dǎo)致控制系統(tǒng)不能準(zhǔn)確識別在線帶鋼的實際板
形模式，此時求解出的板形缺陷分量和板形調(diào)控量
顯然不夠準(zhǔn)確，嚴(yán)重時導(dǎo)致板形控制的誤操作，將
原本平直的在線帶鋼誤調(diào)出不同程度的板形缺陷
來，惡化原板形狀況。
如圖3所示，從操作側(cè)至傳動側(cè)依次編號，操
作側(cè)為左，傳動側(cè)為右。設(shè)帶鋼偏移量為 ，左移
為正，右移為負(fù)。輥身長設(shè)為 ，檢測輥有效長度
， 檢測通道寬度 ，帶鋼寬度為 ，通道數(shù)為n，
覆蓋帶鋼的有效通道數(shù)為n 。
． 一．
一L6． I一 ． 1
l 6I， ]
I — __J
埕椎栩 三v 僖； 櫥
圖3 板形檢測通道示意圖
帶鋼覆蓋檢測輥的起始通道號fvf和末尾通道
號0分別為
：『 ] 一l J(14)
式中，r]，L j分別表示為上取整和下取整。覆蓋帶
鋼的有效通道數(shù)
n = 一 +1 (15)
在操作側(cè)，帶鋼邊部到檢測輥輥面端部的距離
設(shè)為厶，則可求得
= 一 (16)
基于上述分析和基本定義，針對軋制過程中帶
鋼邊部不完全覆蓋檢測通道造成的板形信號誤差，
建立了比例補償法和斜率補償法兩種補償模型【l?。
在實際應(yīng)用過程中，根據(jù)帶鋼的橫向偏移量，利用
式(14)～(16)，自動計算起始通道和有效通道數(shù)，并
根據(jù)帶鋼的邊部覆蓋率，自動選擇合適的誤差補償
方法。
為了防止信號出現(xiàn)突變，影響板形信號的穩(wěn)定
性，根據(jù)偏移量自動計算覆蓋率和補償量。考慮現(xiàn)
場復(fù)雜因素，當(dāng)帶鋼邊部覆蓋率低于完整檢測通道
寬度的40％時，采用斜率補償法；當(dāng)不低于40％時，
采用比例補償法。在實際應(yīng)用過程中，可以結(jié)合帶
寬、材質(zhì)、板形狀態(tài)等參數(shù)，適當(dāng)調(diào)整切換補償方
法的板形覆蓋率臨界值，以獲得最佳的板形補償狀
態(tài)為準(zhǔn)。當(dāng)某個檢測通道的板形值低于兩側(cè)相鄰?fù)?
道的50％時，認(rèn)為該通道信號失效，自動進入在線
補償模式。
3．2 檢測輥撓度對原始波形的影響
在影響板形檢測信號精度的眾多因素中，檢測
輥撓度變化是必須考慮的重要影響因素之一 。在
板形檢測輥的離線標(biāo)定過程中，發(fā)現(xiàn)板形檢測輥各
檢測通道的原始波形曲線或大或小始終存在不可消
除的近似正弦波的零點偏差。初步分析是因為板形
檢測輥的撓曲變形導(dǎo)致檢測輥內(nèi)部檢測單元(傳感
器組成的差動回路)的預(yù)應(yīng)力或電壓值隨之發(fā)生變
化引起的零點偏差。各通道的原始波形曲線表現(xiàn)為
不可消除且不同程度的近似正弦波零點偏差。盡管
與實際板形信號(徑向壓力)相比，其幅值很小，但
在某種程度上影響板形檢測輥的標(biāo)定精度。
板形檢測輥在工作過程中，在一個周期 內(nèi)，
載波信號 疊加上撓度產(chǎn)生的誤差信號 后，經(jīng)
相敏檢波等信號處理后，便出現(xiàn)了圖4所示疊加信
號 的波形規(guī)律。
板形檢測輥在工作過程中，主要受三種力的影
響，即帶鋼施加的徑向壓力、檢測輥自身重力及其
旋轉(zhuǎn)時的離心力[ 。當(dāng)檢測輥做好動平衡時，利用
差動特性，可實時消除離心力對原始信號的影響。
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34 機械工程學(xué)報 第50卷 6 JfJ{
誤差信號
載波信號
．
／ 一。 、＼＼
。＼ ～
． ．—
時
疊加信號
D
圖4 波形誤差信號示意圖
為了消除檢測輥自重造成的離線零點誤差信
號，考慮在輸出信號中減去人為設(shè)定的虛擬正弦信
號， 以獲得穩(wěn)定可靠的載波信號，使其僅傳遞調(diào)制
波形信號(徑向壓力值或有效板形值)。觀察檢測輥
波形曲線，其波形接近正弦波，因此考慮虛擬一條
正弦波進行零點誤差補償。設(shè)實時采集的原始波形
曲線為 (f)，設(shè)定的補償正弦曲線
A，(f)=Af sin(cot+ r) (17)
式中， ，為原始波形的基本相位， r 為補償正
弦波的最大幅值，其與檢測輥自重G、徑向壓力F
和傳感器預(yù)壓力 等因素直接相關(guān)，回歸關(guān)系式
如下
Ar～ = (G+F+Fo) (18)
式中， 為綜合補償系數(shù)。補償后的有效波形為
A (f)= (f)一Ar(f) fl9)
利用式(19)，可實現(xiàn)檢測輥穩(wěn)態(tài)下的理想波形
補償。但是該方法在加減速或張力不規(guī)律波動等動
態(tài)情況下，有一定的滯后性，導(dǎo)致補償量不能及時
作用，從而容易產(chǎn)生多余的板形偏差，反而更容易
影響板形檢測精度，因此該方法一般僅用于檢測輥
的離線標(biāo)定過程。
3．3 安裝精度對原始波形的影響
在影響板形檢測精度的眾多因素中 j，檢測輥
安裝精度對板形檢測信號的影響較大，尤其對單邊
浪的影響明顯，嚴(yán)重時影響軋制過程的穩(wěn)定性。
然而在傳統(tǒng)板形信號補償模型中[7-121，幾乎沒
有從整體上綜合考慮安裝精度對板形的影響。工業(yè)
現(xiàn)場每次安裝板形檢測輥時，受板形檢測輥及其軸
承座定位精度的影響，板形檢測輥與前后導(dǎo)向輥必
然存在一定的平行度誤差和水平度誤差，且每次平
行度和水平度都會發(fā)生輕微的變化，故安裝精度對
帶鋼板形的影響每次也不一致，或大或小。這兩種
安裝誤差導(dǎo)致帶鋼沿板寬方向產(chǎn)生額外的殘余應(yīng)力
偏差，即引起多余的板形誤差，當(dāng)誤 較大時，對
板形檢測信號的影響也較大，嚴(yán)重時導(dǎo)致信 失真。
檢測輥安裝誤差補償需要結(jié)合軋機沒矯特點
和工藝參數(shù)，制定適合自身特點的檢測輥允許安
誤差，才能最大限度地提高板形檢測精度¨ I。檢測
輥安裝誤差造成的張應(yīng)力偏差Lj板形榆測輥的安裝
位置有關(guān)， 即與檢測輥前導(dǎo)向輥和后 向輥的定能
尺寸有關(guān)， 因此需要針對不同的軋機結(jié)構(gòu)參數(shù)計算
張應(yīng)力偏差。同時，需要根據(jù)實際操作經(jīng)驗制定
格的允許安裝誤差，才能保證板形檢測精度。
4 實例驗證
以1050板形儀為例，輥身長度為l 050 mm，
l9路通道，單通道寬度為50 mm，有效檢測寬艘為
950 ITIII1。
圖5示出了電路處理前后的零點殘存電 對
比，零點殘存電壓值從200~500 mV降低劍 10
mV 以下，顯著提高原始板形信號的穩(wěn)定性和信噪
比。圖6示出了綜合補償前后的零點化置AD值對
比，AD值從補償前400 】000降低劍50以內(nèi)，卡¨
應(yīng)徑向壓力零點值偏差從l00～150 N控制劍補償
后的l0N以內(nèi)。表明采用合理補償后，板形槍測輥
的零點誤差控制極好， 顯著提高了板形標(biāo)定精度和
檢測精度。
>
E
＼
遙
出
世
迥
0
通道號
圖5 補償前后零點殘存電壓對比
通道號
圖6 補償前后零點AD值對比
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2014年3月 楊利坡等：冷軋帶鋼板形檢測誤差及異常信號補償模型 35
圖7和圖8為當(dāng)帶鋼偏移量 分別等于01／1／／1、
25 nm 時的原始曲線和補償曲線。從圖7、8中可
以看出， 當(dāng)一定寬度的帶鋼對中較好時， 即
= 0 mm 時，帶鋼兩側(cè)邊部不能完整地覆蓋板形
檢測輥的通道，導(dǎo)致兩側(cè)的板形信號幅值顯著低于
其他通道，隨著偏移量的增加，帶鋼兩側(cè)漸漸恰好
近似覆蓋完整的檢測通道，如 =25 alia時，此時
板形信號近似反映真實的帶鋼板形狀況。從圖7、8
中邊部補償?shù)男Ч矗壤a償法和斜率補償法的
結(jié)果比較接近，比例補償法因利用了邊部的真實信
號，理論上更真實和準(zhǔn)確一些，而斜率補償法因拋
棄了邊部板形值，由相鄰兩個通道的檢測值差分所
得，曲線雖光滑，但不能準(zhǔn)確反映真實帶鋼邊部板
形狀況。實際應(yīng)用時，如果能準(zhǔn)確獲得帶鋼邊部的
精確位置或偏移量，盡量采用比例補償法。
通道號
(b) =25 mm
圖7 偏移量 =O，25mm的邊浪情況
圖9和圖10為水平傾斜量和垂直傾斜量對板
形的影響規(guī)律曲線。隨著水平傾斜量的增加，板形
偏差急劇增加。隨著垂直傾斜量的增加，板形偏差
緩慢增加。對于該軋機結(jié)構(gòu)特點，其水平傾斜量對
板形曲線的影響較大，因此在安裝過程中應(yīng)嚴(yán)格控
制水平傾斜量。
、
R
卷
a一
、
-R
通道號
(a) ：omm
通道號
(b) =：25 mm
圖8 偏移量 =0，25l'nlll的高次浪情況
水平傾斜量／mm
圖9 水平傾斜量對板形的影響規(guī)律
垂直傾斜量／mm
圖10 垂直傾斜量對板形的影響規(guī)律
對于圖l1所示的典型板形情況，根據(jù)板形檢測
輥安裝誤差的正負(fù)定義，當(dāng)檢測輥傾斜量為正值時，
安裝誤差將導(dǎo)致左單邊浪幅值降低，即當(dāng)實際板形
已經(jīng)惡劣時，而補償前的板形曲線卻顯示較平直；
2 O 囂 學(xué)兔兔 www.xuetutu.com
36 機械工程學(xué)報 第50卷第6期
同理可以知道， 如果是右單邊浪，則將加大板形幅
值，即當(dāng)實際板形良好時，而板形曲線顯示卻有浪
形：同理，可獲得雙邊浪、中浪及高次浪的板形補
償前后效果。
三
＼
堡
R
、
堡
毯
(a)單邊浪
對其自動識別和補償，補償 的板彤狀況幾乎不受
失效通道的影響，說明該補償模 是町靠實川的。
芝
毯
15O
145
l35
13O
板寬比例
圖12 板形模式分解
- 0 5 O O 5 l 0
板寬比例
’ 良 5 結(jié)論
圖Il 補償前后的板形曲線
因此，對原始板形檢測信號進行檢測輥安裝誤差
補償后，板形曲線才能更準(zhǔn)確地反映實際板形狀況。
補償后的板形曲線在很大程度上提高了板形檢測精
度，一定程度上可減少板形控制過程中的誤判斷和誤
操作，有利 F提高在線帶鋼板形控制的命中率。
為了進一步提高板形控制效果，在對原始板形
信號進行必要的物理機制補償和工藝誤差補償后，
利用四次或六次的最小二乘法擬合原始板形曲線，
對其進行平滑處理，然后再利用標(biāo)準(zhǔn)曲線和勒讓德
最小二乘法對其進行模式識別，獲得1、2、3、4
次板形缺陷分量，如圖12所示。根據(jù)各次板形分量，
利用板形控制模型和各類板形調(diào)控手段(傾輥、彎
輥、橫移、分段冷卻、輥型等)，進行板形缺陷的精
細(xì)調(diào)控操作，提高整卷帶鋼的板形質(zhì)量。
為防止異常信號干擾，測試模型穩(wěn)定性，如圖
13所示，人為調(diào)整第2、第6、第18通道為單通道
異常信號，人為調(diào)整第9、第l0通道為連續(xù)雙通道
異常信號。依據(jù)失效通道判別準(zhǔn)則和在線補償模型，
9 Il l3 l5 l7 l9
檢測通道號
圖13 失效通道補償效果
f1)基于板形檢測原理和雎磁傳感器特性，詳
細(xì)推導(dǎo)了原始板形信號的產(chǎn)生機理，建立了冷軋帶
鋼原始板形信號零點誤差補償模型。利用該模型，
顯著提高了原始板形信號的信噪比，零點殘存電壓
值從200~500 mV降低到了10 mV以下，AD零點
值從補償前的400 l 000控制到綜合補償后的50
以內(nèi)，相應(yīng)的徑向壓力零點值偏差從l00～150N控
制到補償后的10N以內(nèi)。
(2)針對工業(yè)實際，建立帶鋼兩側(cè)邊部覆蓋檢
測通道號的自動識別和在線誤差補償模型、檢測輥
撓度誤差補償模型和安裝誤差補償模型等．J一 藝誤差
補償模型，并對板形信號進行必要的平滑處理，使
其更準(zhǔn)確地識別板形缺陷的各次板形分量，為板形
閉環(huán)控制提供更可靠的在線板形數(shù)據(jù)。
(3)考慮工業(yè)軋機的穩(wěn)定性要求，建立了失效
通道誤差補償。利用失效通道誤差補償模型， 自動
實現(xiàn)失效通道的自動識別和應(yīng)急補償，防止冷軋帶
鋼過程中出現(xiàn)嚴(yán)重的現(xiàn)場板形調(diào)控事故，提高板形
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2014年3月 楊利坡等：冷軋帶鋼板形檢測誤差及異常信號補償模型 37
檢測和板形控制的穩(wěn)定性。
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作者簡介：楊利坡，男，1978年出生，博士，副教授。主要研究方向為
冷軋帶鋼板形檢測和板形控制。
E—mail：yanglp@ysu．edu．cn
于丙強，男，1963年出生，博士，研究員。主要研究方向為板形測量系
統(tǒng)研制。
E-mail：ybingq@ysu．edu．cn
第3屆上銀優(yōu)秀機械博士論文獎——優(yōu)秀獎
鋁合金／APC．2奈米復(fù)材積層板之高溫機械與疲勞性能之探討
作者：宋宜駿
畢業(yè)學(xué)校：中國臺灣中山大學(xué)
指導(dǎo)教師：任明華
本文主旨在于研制鋁合金／碳纖維／聚醚醚酮三明治結(jié)構(gòu)創(chuàng)新奈米復(fù)合材料積層板，及深入探討其奈米復(fù)材積層板在室溫
及高溫環(huán)境下之力學(xué)性能、鉆孔力學(xué)性能、疲勞曲線及疲勞極限，并觀察其破壞機制將結(jié)果分析、討論并提出結(jié)論。
首先，為了克服未經(jīng)表面處理之鋁合金在復(fù)合材料制程上常見之脫層問題，本文在材料前處理上采用二種常見之鋁合金
表面處理法，分別為鉻酸化學(xué)蝕刻法及鉻酸陽極處理法，二種方法經(jīng)由一系列之試驗與結(jié)果數(shù)據(jù)驗證，發(fā)現(xiàn)鉻酸陽極法擁有
更好的抗脫層表現(xiàn)，且在力學(xué)性能試驗結(jié)果中也優(yōu)于鉻酸化學(xué)蝕刻法。
制程方面，碳纖維／聚醚醚酮奈米復(fù)合材料積層板則采用二種迭序，分別為十字迭與類似均向迭，再與經(jīng)由表面處理后
之2024．T3鋁合金薄板熱壓成型，制成鋁合金／碳纖維／聚醚醚酮三明治結(jié)構(gòu)創(chuàng)新奈米復(fù)材積層板，其奈米復(fù)材積層板經(jīng)由
ASTM D3039規(guī)范切割成試片，并采MTS．810萬能材料試驗機獲得其機械與疲勞性能。
在力學(xué)性能上，經(jīng)由試驗獲得不同迭層在室溫及高溫下之應(yīng)力．應(yīng)變曲線，將其結(jié)果分析并得出預(yù)測模型，其預(yù)測應(yīng)力一
應(yīng)變曲線與試驗結(jié)果一致，特別在轉(zhuǎn)折點之預(yù)測也相當(dāng)準(zhǔn)確。在鉆孔試片上，本文將改良型PSC預(yù)測模型延伸成高溫改良
型預(yù)測模型，并用此延伸模型預(yù)測室溫與高溫下之鉆孔殘留強度，其預(yù)測結(jié)果再與試驗結(jié)果比對下相當(dāng)準(zhǔn)確。
疲勞性能方面，經(jīng)由試驗獲得不同迭層在室溫及高溫下之應(yīng)力．疲勞周期曲線與疲勞極限，分析并驗證試驗結(jié)果，其預(yù)
測疲勞曲線與試驗結(jié)果吻合。

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