地磅多傳感器相關(guān)性與智能容錯方法研究

地磅作為衡器的重要分支,廣泛應(yīng)用于倉儲貿(mào)易、交通運(yùn)輸、工礦企業(yè)等部門?，F(xiàn)有汽車衡采用并聯(lián)的電路聯(lián)接方式,在模擬接線盒中將各路稱重傳感器的輸出信號集中累加,獲得一個與被測載荷質(zhì)量成比例的電壓信號,經(jīng)調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換后,由單片機(jī)處理獲得稱重結(jié)果,送顯示、通信,完成被測載荷稱重。其缺陷主要有:(1)現(xiàn)有地磅偏載誤差不易補(bǔ)償,稱重結(jié)果受偏載誤差影響大?，F(xiàn)有地磅通過人工反復(fù)調(diào)節(jié)模擬接線盒中偏載誤差調(diào)整電位器,改變每路稱重傳感器通道增益,以補(bǔ)償偏載誤差。這種方法由于受各種非線性因素影響,操作繁瑣,工作效率低,補(bǔ)償效果差。(2)現(xiàn)有地磅不具備容錯功能,任意一路稱重傳感器發(fā)生故障都將導(dǎo)致整個稱重系統(tǒng)失效。本文針對現(xiàn)有地磅的不足,在商務(wù)部優(yōu)化機(jī)電和高新技術(shù)產(chǎn)品進(jìn)出口結(jié)構(gòu)資金項目“基于多源信息融合的智能化汽車衡”(財企[2007]301號)的支持下,主要開展了如下幾方面的研究:介紹了汽車衡與稱重傳感器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、地磅的構(gòu)成與主要部件的工作原理,闡述了地磅稱重原理,詳細(xì)分析了地磅多路稱重傳感器串聯(lián)、并聯(lián)與混聯(lián)三種常見電路聯(lián)接方式的工作機(jī)理,比較了三種聯(lián)接方式的特點(diǎn),指出了現(xiàn)有地磅存在的不足,闡明了論文研究的意義。研究了地磅多傳感器相關(guān)性,根據(jù)多路稱重傳感器輸出信號以及相鄰傳感器輸出信號比值存在的非線性函數(shù)關(guān)系,利用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RBFNN)分別建立了稱重傳感器輸出關(guān)聯(lián)模型和相鄰傳感器輸出信號比值的關(guān)聯(lián)模型,采用自適應(yīng)加權(quán)融合方法,構(gòu)建了地磅多傳感器的全關(guān)聯(lián)模型,完成了故障傳感器輸出的準(zhǔn)確估計。仿真實驗表明單傳感器故障狀態(tài)下,基于自適應(yīng)加權(quán)融合的全關(guān)聯(lián)模型能準(zhǔn)確估計故障傳感器的輸出,其估計值比單個關(guān)聯(lián)模型的輸出及算術(shù)平均值融合輸出誤差更小。針對現(xiàn)有地磅不具備容錯功能與稱重傳感器故障診斷功能的缺陷,分析了地磅稱重傳感器產(chǎn)生故障的原因及故障類型,在汽車衡多傳感器相關(guān)性研究基礎(chǔ)上,根據(jù)傳感器故障特征、先驗知識和表決融合檢測準(zhǔn)則,提出了一種稱重傳感器智能故障診斷方法,建立了故障融合檢測模型,實現(xiàn)了故障傳感器的尋址與隔離、傳感器故障類型識別、傳感器故障預(yù)測、故障傳感器輸出估計以及稱重融合重構(gòu)等功能。仿真實驗證明這種稱重傳感器故障診斷方法的準(zhǔn)確性與有效性。針對現(xiàn)有地磅偏載誤差補(bǔ)償繁瑣與稱重誤差大的缺陷,詳細(xì)闡述了地磅偏載誤差、線性度誤差、溫度與蠕變誤差的機(jī)理,構(gòu)建了基于復(fù)合徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CRBFNN)的汽車衡稱重模型,完成了汽車衡偏載誤差、線性度誤差、溫度與蠕變誤差的自動補(bǔ)償,實現(xiàn)了無故障、單傳感器故障與多傳感器故障狀態(tài)下地磅準(zhǔn)確稱重。通過仿真實驗驗證了這種CRBFNN汽車衡稱重模型和誤差補(bǔ)償方法的正確性與有效性。研制了一臺智能化汽車衡樣機(jī),其主要由秤體、稱重傳感器、信號采集與處理系統(tǒng)、模型訓(xùn)練上位機(jī)系統(tǒng)、用戶管理上位機(jī)系統(tǒng)等組成。設(shè)計了一種基于DSP+MCU雙CPU架構(gòu)的稱重信號采集與處理系統(tǒng),完成了地磅的智能容錯功能;研制了一種基于虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW的地磅相關(guān)模型訓(xùn)練軟件,完成了各模型的離線訓(xùn)練,獲得最優(yōu)參數(shù),并下載至下位機(jī);開發(fā)了一種基于C#.NET Framework和SQL數(shù)據(jù)庫的智能化地磅用戶管理系統(tǒng)軟件,實現(xiàn)了稱重數(shù)據(jù)的有效管理。這種智能化地磅智能化程度高、稱量準(zhǔn)確、操作方便。介紹了地磅檢定方法,完成了智能化地磅偏載誤差、線性度誤差、重復(fù)性誤差、鑒別力和零點(diǎn)誤差等性能指標(biāo)的現(xiàn)場檢定和智能化地磅容錯性能檢定,分析了檢定結(jié)果的誤差來源,建立了檢定結(jié)果的不確定度模型,估計了智能化地磅正常使用時稱重結(jié)果的不確定度。研制的智能化地磅經(jīng)柳州市計量技術(shù)測試研究所現(xiàn)場檢定和國家有關(guān)部門鑒定表明,無故障時,地磅各項性能指標(biāo)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)《JJG539-97數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》規(guī)定的三級秤要求;任意一路稱重傳感器發(fā)生故障時,地磅的整體誤差≤0.7%,優(yōu)于整體誤差≤1%的設(shè)計要求;任意兩路稱重傳感器發(fā)生故障時,地磅的整體誤差≤0.8%,優(yōu)于整體誤差≤3%的設(shè)計要求。這種智能化地磅已開始小批量生產(chǎn)。

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