地磅多傳感器相關(guān)性與智能容錯(cuò)方法研究

地磅作為衡器的重要分支,廣泛應(yīng)用于倉(cāng)儲(chǔ)貿(mào)易、交通運(yùn)輸、工礦企業(yè)等部門。現(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(hào)集中累加,獲得一個(gè)與被測(cè)載荷質(zhì)量成比例的電壓信號(hào),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(cè)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(cuò)功能,任意一路稱重傳感器發(fā)生故障都將導(dǎo)致整個(gè)稱重系統(tǒng)失效。本文針對(duì)現(xiàn)有地磅的不足,在商務(wù)部?jī)?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(xiàng)目“基于多源信息融合的智能化汽車衡”(財(cái)企[2007]301號(hào))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(shì)、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(hào)以及相鄰傳感器輸出信號(hào)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(hào)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(jì)。仿真實(shí)驗(yàn)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(jì)故障傳感器的輸出,其估計(jì)值比單個(gè)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(duì)現(xiàn)有地磅不具備容錯(cuò)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(yàn)知識(shí)和表決融合檢測(cè)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(cè)模型,實(shí)現(xiàn)了故障傳感器的尋址與隔離、傳感器故障類型識(shí)別、傳感器故障預(yù)測(cè)、故障傳感器輸出估計(jì)以及稱重融合重構(gòu)等功能。仿真實(shí)驗(yàn)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(duì)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(dòng)補(bǔ)償,實(shí)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(tái)智能化汽車衡樣機(jī),其主要由秤體、稱重傳感器、信號(hào)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(jì)了一種基于DSP+MCU雙CPU架構(gòu)的稱重信號(hào)采集與處理系統(tǒng),完成了地磅的智能容錯(cuò)功能;研制了一種基于虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)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(kù)的智能化地磅用戶管理系統(tǒng)軟件,實(shí)現(xiàn)了稱重?cái)?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(chǎng)檢定和智能化地磅容錯(cuò)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(jì)了智能化地磅正常使用時(shí)稱重結(jié)果的不確定度。研制的智能化地磅經(jīng)柳州市計(jì)量技術(shù)測(cè)試研究所現(xiàn)場(chǎng)檢定和國(guó)家有關(guān)部門鑒定表明,無故障時(shí),地磅各項(xiàng)性能指標(biāo)均優(yōu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《JJG539-97數(shù)字指示秤檢定規(guī)程》規(guī)定的三級(jí)秤要求;任意一路稱重傳感器發(fā)生故障時(shí),地磅的整體誤差≤0.7%,優(yōu)于整體誤差≤1%的設(shè)計(jì)要求;任意兩路稱重傳感器發(fā)生故障時(shí),地磅的整體誤差≤0.8%,優(yōu)于整體誤差≤3%的設(shè)計(jì)要求。這種智能化地磅已開始小批量生產(chǎn)。

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