無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法
【專利摘要】本發(fā)明涉及無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法。該方法針對(duì)同一牌號(hào)無(wú)取向硅鋼，統(tǒng)計(jì)其不同尺寸區(qū)間的夾雜物含量、有益、有害織構(gòu)組分的含量以及不同尺寸范圍晶粒的含量；對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理和降維處理；計(jì)算特征值，確定主成分的數(shù)量和各主成分的表達(dá)式；作回歸分析并對(duì)回歸方程作顯著性檢驗(yàn)；若回歸方程中存在不顯著自變量，對(duì)自變量作顯著性檢驗(yàn)；利用標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化法的逆運(yùn)算將回歸方程轉(zhuǎn)換成夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸與無(wú)取向硅鋼磁性能間的多元線性關(guān)系。利用該方法可以綜合研究夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸對(duì)無(wú)取向硅鋼磁性能的影響規(guī)律，找出顯著影響磁性能的因素，為實(shí)際生產(chǎn)更高磁感、低鐵損無(wú)取向硅鋼產(chǎn)品提供方向性的指導(dǎo)。
【專利說(shuō)明】無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)取向硅鋼性能的控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)對(duì)能源、環(huán)保等問(wèn)題的日益重視以及電力、電訊等行業(yè)的快速發(fā)展，各類電機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)等產(chǎn)品要求高效率化、高精度化、小型化以達(dá)到節(jié)能、減耗、環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)，而冷軋無(wú)取向硅鋼作為廣泛用于制造這些產(chǎn)品所需的一種重要軟磁材料，故對(duì)其性能(尤其是磁性能)的要求越來(lái)越高，極力追求更低鐵損、高磁感的優(yōu)異磁性能。
[0003]相關(guān)研究表明，影響無(wú)取向硅鋼磁性能的主要因素是夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸、化學(xué)成分及厚度，針對(duì)同一牌號(hào)無(wú)取向硅鋼而言，夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸是導(dǎo)致磁性能差異的主要原因，當(dāng)夾雜物尺寸與磁疇相近時(shí)，對(duì)無(wú)取向硅鋼磁性能的影響最為顯著；織構(gòu)是影響無(wú)取向硅鋼磁感最為明顯的因素，有益織構(gòu)組分主要為{100}面織構(gòu)、{110}〈001>Goss織構(gòu)，有害織構(gòu)組分主要為{111}〈110>織構(gòu)、{111}〈112>織構(gòu)；晶粒尺寸是影響鐵損的主要因素，在一定范圍內(nèi)，晶粒尺寸越大，鐵損值越低，因此，綜合分析夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸對(duì)無(wú)取向硅鋼磁性能的影響規(guī)律，找出影響無(wú)取向硅鋼磁性能最為顯著的因素，能夠?yàn)閷?shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)，以實(shí)現(xiàn)更低鐵損、高磁感無(wú)取向硅鋼產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的優(yōu)化和改進(jìn)。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于無(wú)取向硅鋼中的夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸的分析已有大量的研究，但大部分都只是從定性的角度出發(fā)，分別考查了它們與無(wú)取向硅鋼磁性能的關(guān)系，未能從定量的角度綜合研究夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸對(duì)無(wú)取向硅鋼磁性能的影響規(guī)律，難以確定顯著影響磁性能的因素，且國(guó)內(nèi)外關(guān)于利用數(shù)學(xué)方法來(lái)綜合分析夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸對(duì)無(wú)取向硅鋼磁性能的影響的研究并不多見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明旨在提供一種無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，利用主成分回歸分析法，針對(duì)同一牌號(hào)無(wú)取向硅鋼，對(duì)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的不同尺寸區(qū)間的夾雜物含量、不同織構(gòu)組分的含量以及不同尺寸范圍晶粒的含量進(jìn)行分析，分別建立它們與無(wú)取向硅鋼鐵損、磁感的多元回歸關(guān)系，并對(duì)其線性關(guān)系作顯著性檢驗(yàn)，綜合研究夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸對(duì)無(wú)取向硅鋼磁性能的影響規(guī)律，找出顯著影響磁性能的因素，為實(shí)際生產(chǎn)更高磁感、低鐵損無(wú)取向硅鋼產(chǎn)品提供方向性的指導(dǎo)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，包括下列步驟:
[0008](I)針對(duì)同一牌號(hào)無(wú)取向硅鋼，分別觀察并統(tǒng)計(jì)無(wú)取向硅鋼中不同尺寸區(qū)間的夾雜物含量、測(cè)定無(wú)取向硅鋼中有益、有害織構(gòu)組分的含量以及不同尺寸范圍晶粒的含量；
[0009](2)利用標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)所述步驟(I)中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及無(wú)取向硅鋼的磁性能:鐵損Pu/%、磁感B5tl進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理；[0010](3)標(biāo)準(zhǔn)化后的不同尺寸區(qū)間的夾雜物含量、不同織構(gòu)組分含量、不同尺寸范圍晶粒的含量數(shù)據(jù)的降維處理；
[0011](4)計(jì)算特征方程的特征值，根據(jù)特征值及累積貢獻(xiàn)率確定主成分的數(shù)量；
[0012](5)根據(jù)所述步驟(4)中提取的主成分，計(jì)算主成分的成分矩陣及單位正交特征向量，得到各主成分表達(dá)式；
[0013](6)分別以標(biāo)準(zhǔn)化后的鐵損、磁感值作為因變量，以提取的主成分為自變量作線性回歸分析并對(duì)得到的回歸方程的線性關(guān)系作顯著性檢驗(yàn)；
[0014](7)若所述步驟(6)中的回歸方程為多元，且回歸方程的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明回歸方程中存在不顯著自變量時(shí)，再對(duì)回歸方程中的自變量作顯著性檢驗(yàn)；
[0015](8)利用標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化法的逆運(yùn)算將所述步驟(7)中的兩個(gè)回歸方程轉(zhuǎn)換成鐵損Pwk1、磁感B5tl分別關(guān)于夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸的多元線性方程；
[0016](9)根據(jù)上述方法能夠定量的綜合研究夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸對(duì)無(wú)取向硅鋼磁性能的影響規(guī)律，揭示不同尺寸區(qū)間的夾雜物含量、不同織構(gòu)組分含量、不同尺寸范圍晶粒的含量對(duì)無(wú)取向硅鋼鐵損Ph575tl、磁感B5tl的影響程度。
[0017]進(jìn)一步地，所述步驟(1)中試驗(yàn)試樣的觀察面分為軋面和縱截面，利用FE-SEM以及EDS在5000~20000倍的視場(chǎng)下對(duì)夾雜物進(jìn)行隨機(jī)連續(xù)觀察，統(tǒng)計(jì)分>1000nm、500~1000nm,200~500nm、100~200nm四個(gè)尺寸區(qū)間，主要研究200~500nm、100~200nm尺
寸區(qū)間的夾雜物含量。
[0018]進(jìn)一步地，所述步驟(1)中采用EBSD技術(shù)在100~200倍視場(chǎng)下對(duì)試樣的織構(gòu)、晶粒尺寸分布進(jìn)行觀察，掃描步長(zhǎng)設(shè)置為2.5~5μπι，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟(1)中利用Channel5取向分析軟件測(cè)定不同織構(gòu)組分含量以及不同尺寸范圍晶粒的含量，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Project Manager軟件分析,選擇正交坐標(biāo)系，觀察面為軋面樣品的旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)為0°，0°，0°，觀察面為縱截面樣品的旋轉(zhuǎn)角度為參數(shù)0°，90°，0°，將數(shù)據(jù)用Tango程序打開，選定需標(biāo)注出的織構(gòu)類型、晶界，得到該樣品的歐拉角襯度圖及取向分布圖、晶粒尺寸分布圖，定量統(tǒng)計(jì)計(jì)算出各織構(gòu)的含量，其中有益織構(gòu)組分主要統(tǒng)計(jì){100}面織構(gòu)、{110}〈001>Goss織構(gòu)，有害織構(gòu)組分主要統(tǒng)計(jì){111}〈110〉織構(gòu)、{111}〈112〉織構(gòu)，并且分別統(tǒng)計(jì)尺寸〈12 μ m、12~40 μ m、>40 μ m的晶粒含量，主要研究尺寸小于12 μ m和大于40 μ m的晶粒含量。
[0020]進(jìn)一步地，所述步驟(2)中數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化所采用的標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化法如下:
【權(quán)利要求】
1.無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，其特征在于，所述方法包括下列步驟: 1.1針對(duì)同一牌號(hào)無(wú)取向硅鋼，分別觀察并統(tǒng)計(jì)無(wú)取向硅鋼中不同尺寸區(qū)間的夾雜物含量、測(cè)定無(wú)取向硅鋼中有益、有害織構(gòu)組分的含量以及不同尺寸范圍晶粒的含量數(shù)據(jù)； 1.2利用標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)所述步驟1.1中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及無(wú)取向硅鋼的磁性能:鐵損Pum、磁感B5tl進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理； 1.3標(biāo)準(zhǔn)化后的不同尺寸區(qū)間的夾雜物含量、不同織構(gòu)組分含量、不同尺寸范圍晶粒的含量數(shù)據(jù)的降維處理； 1.4計(jì)算特征方程的特征值，根據(jù)特征值及累積貢獻(xiàn)率確定主成分的數(shù)量； 1.5根據(jù)所述步驟1.4中提取的主成分，計(jì)算主成分的成分矩陣及單位正交特征向量,得到主成分表達(dá)式； 1.6分別以標(biāo)準(zhǔn)化后的鐵損、磁感值作為因變量，以提取的主成分為自變量作線性回歸分析并對(duì)得到的回歸方程的線性關(guān)系作顯著性檢驗(yàn)； 1.7若所述步驟1.6中的回歸方程為多元，且回歸方程的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果表明回歸方程中存在不顯著自變量時(shí)，再對(duì)回歸方程中的自變量作顯著性檢驗(yàn)； 1.8利用標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化法的逆變換將所述步驟1.7中的兩個(gè)線性回歸方程轉(zhuǎn)換成鐵損Pu/,磁感B5tl分別關(guān)于夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸的多元線性方程； 1.9根據(jù)上述方法能夠從定量的角度綜合研究夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸對(duì)無(wú)取向硅鋼磁性能的影響規(guī)律，揭示不同尺寸區(qū)間的夾雜物含量、不同織構(gòu)組分含量、不同尺寸范圍晶粒的含量對(duì)無(wú)取向硅鋼鐵損Ph575tl、磁感B5tl的影響程度。`
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，其特征在于，所述步驟1.1中試驗(yàn)試樣的觀察面分為軋面和縱截面，利用FE-SEM以及EDS在5000-20000倍的視場(chǎng)下對(duì)夾雜物進(jìn)行隨機(jī)連續(xù)觀察，統(tǒng)計(jì)分>1000nm、50(Tl000nm、20(T500nm、100"200nm四個(gè)尺寸區(qū)間，主要研究20(T500nm、100"200nm尺寸區(qū)間的夾雜物含量；采用EBSD技術(shù)在100-200倍視場(chǎng)下對(duì)試樣的織構(gòu)、晶粒尺寸分布進(jìn)行觀察，掃描步長(zhǎng)設(shè)置為2.5飛μ m，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Channel 5取向分析軟件測(cè)定不同織構(gòu)組分含量以及不同尺寸范圍晶粒的含量，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入Project Manager軟件分析,選擇正交坐標(biāo)系，觀察面為軋面樣品的旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)為0°，0°，0°，觀察面為縱截面樣品的旋轉(zhuǎn)角度為參數(shù)0°，90°，0°，將數(shù)據(jù)用Tango程序打開，選定需標(biāo)注出的織構(gòu)類型、晶界，得到該樣品的歐拉角襯度圖及取向分布圖、晶粒尺寸分布圖，定量統(tǒng)計(jì)計(jì)算出各織構(gòu)的含量，其中有益織構(gòu)組分主要統(tǒng)計(jì){100}面織構(gòu)、{110}〈001>Goss織構(gòu)，有害織構(gòu)組分主要統(tǒng)計(jì){111}〈 110>織構(gòu)、{111}〈 112>織構(gòu)，并且分別統(tǒng)計(jì)尺寸〈12 μ m、12~40 μ m、>40 μ m的晶粒含量，主要研究尺寸小于12 μ m和大于40 μ m的晶粒含量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，其特征在于，所述步驟1.2中數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化所采用的標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化法如下: 末X1 AXi = ---⑴ 1S其中，Λ:/為標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，A為變量Z的第i個(gè)觀測(cè)值，$為變量Z的平均值，.5為標(biāo)準(zhǔn)差。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，其特征在于，所述步驟1.3中的數(shù)據(jù)降維處理具體操作是:將η個(gè)原始相關(guān)變量，即不同尺寸區(qū)間的夾雜物含量、不同織構(gòu)組分含量和不同尺寸范圍晶粒的含量，組合成η個(gè)獨(dú)立變量，變換前后保持變量的方差和不變，選擇前m個(gè)獨(dú)立變量的作用代替原η個(gè)相關(guān)變量的作用，其中m〈n。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，其特征在于，所述步驟1.4中提取的主成分?jǐn)?shù)量需滿足的條件是:各成分特征值大于I且它們的累積貢獻(xiàn)率大于80%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，其特征在于，所述步驟1.5中計(jì)算單位正交特征向量公式如下:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，其特征在于，所述步驟1.6中，多元回歸方程線性關(guān)系的顯著性檢驗(yàn)利用統(tǒng)計(jì)量A來(lái)實(shí)現(xiàn)，令N-p-l>F,當(dāng)差異性顯著的檢驗(yàn)值小于0.05時(shí)，差異性顯著，所檢驗(yàn)的回歸方程的線性關(guān)系是可靠的，反之，當(dāng)sig大于0.05時(shí)，差異性不顯著，則所檢驗(yàn)的回歸方程的線性關(guān)系不可靠，需要對(duì)該回歸方程的自變量繼續(xù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，其特征在于，所述步驟1.7中，當(dāng)多元回歸方程中有不顯著變量時(shí)，需對(duì)各自變量作顯著性檢驗(yàn)，采用剔除多余變量的后退法，剔除最小I t I值對(duì)應(yīng)的自變量&或剔除最大的值所對(duì)應(yīng)的自變量重新求出相應(yīng)的回歸方程，再對(duì)回歸方程作線性關(guān)系的顯著性檢驗(yàn)，直至所求回歸方程的值小于0.05為止，但由于回歸系數(shù)間存在相關(guān)關(guān)系，故當(dāng)同時(shí)有幾個(gè)變量不顯著時(shí)，不能將這些變量一起剔除，每次只能剔除一個(gè)最不顯著的變量。
9.根據(jù)權(quán)利要求f8任意一項(xiàng)所述的無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，其特征在于，通過(guò)主成分回歸分析法所得到的多元線性回歸方程能夠定量的綜合分析夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸對(duì)無(wú)取向硅鋼磁性能的影響規(guī)律，且通過(guò)比較回歸方程中各自變量的系數(shù)可以相應(yīng)地表征出各因素對(duì)磁性能的影響程度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、任意一項(xiàng)所述的無(wú)取向硅鋼磁性能影響因素的主成分回歸分析法，其特征在于，影響無(wú)取向硅鋼磁性能的主要因素有夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸、化學(xué)成分、厚度，均可以用主成分回歸分析法對(duì)它們進(jìn)行綜合研究，尤其針對(duì)同一牌號(hào)無(wú)取向硅鋼，主成分回歸分析法能夠?qū)?dǎo)致同一牌號(hào)無(wú)取向硅鋼磁性能差異的三個(gè)主要因素:夾雜物、織構(gòu)、晶粒尺寸進(jìn)行分析。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103823974SQ201410063102
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】趙志毅, 王寶明, 陳凌峰, 李平潮, 聞強(qiáng)苗, 趙東紅, 薛潤(rùn)東 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)