[发明专利]一种基于CPU+DSP的轧辊偏心信号控制系统及其方法

权利要求书

1.一种基于CPU+DSP的轧辊偏心信号控制系统，其特征在于：包括基于VME总线的框架、VME总线的单板CPU装置、PMC总线的DSP信号采集与处理装置；DSP信号采集与处理装置与相位检测的光电编码器及轧制力传感器装置相连接，信号输出装置与轧机厚度控制系统相连；

VME总线的框架采用VME国际标准总线，保障多CPU之间的高速信息可靠传递；

单板CPU装置采用板载PMC总线与DSP处理器装置相连实现主辅处理器系统，为系统进行并行处理服务；

采用DSP信号采集装置，将轧制力传感器装置输出的模拟电压信号转换为数字信号，提供给信号处理装置；

采用DSP信号处理装置，处理采集装置采集的数字信号，对各信号进行实时处理和分析，并进行特征提取、相位识别，包括预处理、特征提取、特征识别、频谱分析；预处理是指将采集到的原始轧制力信号进行滤波、去均值和归一化；特征提取是指将预处理后的信号进行时域、频域和时-频域的特征提取，时域特征包括均值、方差、短时平均幅值、短时能量、自相关函数以及过零率；频域特征包括傅立叶变换后的第一主频、第二主频、频谱重心、频谱面积以及谱线密度；时-频域特征包括奇异矩阵和时-频图的纹理特征；通过频谱分析，分离出偏心信号的幅值、频率、初相位特征信号；主CPU根据偏心特征信号进行偏心厚度补偿算法的计算。

2.按照权利要求1所述的基于CPU+DSP的轧辊偏心信号控制系统，其特征在于：单板CPU装置为主CPU，PMC总线的DSP信号采集与处理装置为辅CPU，主CPU完成基本控制功能，辅CPU完成信号的采集与处理，主辅CPU之间利用PMC总线以双端口RAM形式实现信息交换；主CPU主要采用外构的基于VME总线的单板CPU，板内部有PMC接口，辅CPU为自主开发的DSP辅助CPU板，包括电源模块设计，DSP外围扩展电路设计，扩展的SRAM、FLASH、Dual-Port RAM电路，PCI接口电路设计以及CPLD逻辑设计；主辅CPU之间的通信是通过局部总线PMC总线进行，辅助CPU板内部PCI桥PLX PCI9054和DSP之间的数据交换是通过Dual-Port RAM缓冲，增加了系统的灵活性和可靠性，该系统同时具有8K x32位的总线扩展，便于扩展外部接口；轧制力传感器装置包括传感器电路部分、信号放大单元以及滤波单元，信号放大单元连接于传感器电路部分，滤波单元连接于信号放大单元，DSP的输出的信号为模拟电压信号。

3.按照权利要求2所述的基于CPU+DSP的轧辊偏心信号控制系统，其特征在于：主辅CPU之间信息交换通过内部的PMC总线，辅CPU处理完的各类信息直接通过PMC总线传送给主CPU，这样不影响主CPU对框架内其它CPU板或I/O的访问，自主性较强。

4.按照权利要求1所述的基于CPU+DSP的轧辊偏心信号控制系统，其特征在于：DSP信号采集装置用于将轧制力传感器装置检测的模拟信号转变为数字信号输入到DSP信号处理装置中进行处理；DSP信号处理装置为单板计算机和DSP，对信号进行频谱分析和偏心识别；将偏心信号及时传送给单板计算机系统，完成偏心信号的补偿控制。

5.按照权利要求1或2或3或4所述的基于CPU+DSP的轧辊偏心信号控制系统中DSP的偏心信号提取方法，其特征在于：由DSP信号处理装置对DSP信号采集的信号进行处理，包括预处理、特征提取、特征识别、频谱分析；预处理是指将采集到的原始轧制力信号进行滤波、去均值和归一化；特征提取是指将预处理后的信号进行时域、频域和时-频域的特征提取，时域特征包括均值、方差、短时平均幅值、短时能量、自相关函数以及过零率；频域特征包括傅立叶变换后的第一主频、第二主频、频谱重心、频谱面积以及谱线密度；时-频域特征包括奇异矩阵和时-频图的纹理特征；通过频谱分析，分离出偏心信号的频率、初相位特征信号；主CPU根据偏心特征信号进行偏心厚度补偿算法的计算。