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1動(dòng)態(tài)稱(chēng)重方法

對(duì)動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的改進(jìn)包括兩方面內(nèi)容，首先是對(duì)稱(chēng)重信號(hào)中的噪聲進(jìn)行處理，以改善稱(chēng)重系統(tǒng)的抗干擾能力提高稱(chēng)重精度；另一方面是提高稱(chēng)重速度,在稱(chēng)重系統(tǒng)未穩(wěn)定前迅速獲得真實(shí)質(zhì)量值。
目前對(duì)測(cè)量信號(hào)中干擾噪聲的處理方法有很多，如數(shù)字平均濾波法，IIR和FIR數(shù)字濾波器，小波分析，遺傳算法等。在動(dòng)態(tài)稱(chēng)重中常用的抗干擾處理方法包括平均濾波方法，小波變換方法，以及IIR和FIR數(shù)字濾波方法.單片機(jī)為核心的稱(chēng)重儀表通常采用數(shù)字平均濾波法，對(duì)周期干擾濾波明顯，也可用于減小系統(tǒng)隨機(jī)干擾。但對(duì)較大的脈沖如尖峰脈沖干擾抑制能力弱以及對(duì)低頻噪聲抑制能力差。目前，國(guó)內(nèi)的工業(yè)用稱(chēng)重儀表均釆用這種處理方法.小波變換卩刖是近年來(lái)得到迅速發(fā)展的一種新的信號(hào)處理方法，它的多分辨率特性使其在許多領(lǐng)域得到了重要的應(yīng)用。小波濾波利用不同頻率的信號(hào)和噪聲在各尺度下的小波變換系數(shù)有所不同的特點(diǎn)，來(lái)對(duì)它們進(jìn)行分離，從而達(dá)到去除噪聲和頻帶分離目的.在小波分析的許多應(yīng)用中，都可以歸結(jié)為信號(hào)處理問(wèn)題.在實(shí)際應(yīng)用中，適用于非穩(wěn)定信號(hào)的工具就是小波分析。但其比較復(fù)雜，運(yùn)算量大，目前基本上處于實(shí)驗(yàn)和仿真階段數(shù)字濾波器的特點(diǎn)是，通過(guò)一個(gè)合適的濾波器，將占有不同的頻帶的輸入信號(hào)有效成分和噪聲頻率成分進(jìn)行分離，從而達(dá)到濾波目的。無(wú)限脈沖響應(yīng)(IIR)濾波器保留典型濾波器優(yōu)良的幅度特性，但相位特性和穩(wěn)定性差。有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器在保證幅度特性的同時(shí)，很容易做到有嚴(yán)格的線性相位特性。常用的設(shè)計(jì)方法：窗函數(shù)法、頻率采樣法和切比雪夫等波紋逼近法。
提高動(dòng)態(tài)稱(chēng)重的速度主要有兩種思路.一條思路-就是釆取縮短過(guò)渡時(shí)間，使系統(tǒng)較快地趨于穩(wěn)定.目前采用的方法是動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法1911,011111.即在測(cè)量系統(tǒng)輸出端串連一個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)，改善整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，待系統(tǒng)趨于穩(wěn)態(tài)時(shí)，得到被測(cè)量參數(shù)的值.另一條思路是通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過(guò)渡過(guò)程的信息，來(lái)提取被測(cè)量參數(shù)的值。當(dāng)被測(cè)物料施加于系統(tǒng)上時(shí)，稱(chēng)重系統(tǒng)自身特征也發(fā)生了改變，特征量改變的大小與物料重量存在著一定的數(shù)量關(guān)系。通過(guò)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程包含特征量的改變，來(lái)間接進(jìn)行測(cè)量。把動(dòng)態(tài)測(cè)量作為一個(gè)參數(shù)估計(jì)和預(yù)測(cè)問(wèn)題來(lái)處理，即首先根據(jù)有關(guān)稱(chēng)重系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí),推導(dǎo)出一個(gè)含有未知參數(shù)的模型，然后用該模型去擬合稱(chēng)重過(guò)渡過(guò)程信號(hào)1,211,511141.參數(shù)估計(jì)法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)法等屬于后種思路。
一.動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法
稱(chēng)重傳感器具有二階低通特性。目前測(cè)量用的稱(chēng)重傳感器阻尼比不理想，固有諧振頻率不高，難以滿足快速測(cè)量的要求。因此，改善稱(chēng)重傳感器動(dòng)態(tài)性能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍具有非常重要的意義。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償法即可用軟件實(shí)現(xiàn)，也可用硬件實(shí)現(xiàn)。用軟件方法補(bǔ)償時(shí)參數(shù)設(shè)置靈活，使用方便，主要問(wèn)題是數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性問(wèn)題。硬件補(bǔ)償時(shí)實(shí)時(shí)性好，但電路參數(shù)調(diào)整麻煩。動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)要基于傳感器的動(dòng)態(tài)模型。在測(cè)量中，所測(cè)重量成為傳感器參數(shù)的一部分。傳感器的動(dòng)態(tài)模型隨著被測(cè)重量而變化叫.在傳感器后串接一個(gè)補(bǔ)償器即構(gòu)成一個(gè)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模型和傳感器儀器構(gòu)成一個(gè)理想的動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的動(dòng)態(tài)特性補(bǔ)償。
該補(bǔ)償器特點(diǎn)除具有一般數(shù)字電路穩(wěn)定性好、不存在阻抗匹配等優(yōu)點(diǎn)外，還具有調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，可使傳感器獲得較理想的頻率補(bǔ)償.體積小、質(zhì)量輕、便于實(shí)現(xiàn)小型化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化，算法簡(jiǎn)單，適合嵌入式稱(chēng)重儀表硬件平臺(tái)。
二系統(tǒng)辨識(shí)法
根據(jù)關(guān)于稱(chēng)重裝置的先驗(yàn)知識(shí)推到出一個(gè)含有未知參數(shù)的模型，用這一模型去擬合稱(chēng)重過(guò)渡過(guò)程信號(hào)也就是階躍響應(yīng)，從而獲得最小平方誤差意義上的參數(shù)估計(jì)°因?yàn)榉Q(chēng)重系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是系統(tǒng)固有的，可以在系統(tǒng)還沒(méi)有穩(wěn)定、稱(chēng)重信號(hào)還處在動(dòng)態(tài)變化之中就預(yù)測(cè)出被稱(chēng)的重量值來(lái)。將被稱(chēng)質(zhì)量看作稱(chēng)重過(guò)程的終值，因此，可以用模型參數(shù)加以估計(jì)或者預(yù)測(cè)出來(lái).該類(lèi)方法主要包括狀態(tài)估計(jì)方法如Kalman濾波、自適應(yīng)濾波時(shí)，系統(tǒng)辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)方法如最小二乘法等方法。
三智能算法
神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)法。將動(dòng)態(tài)稱(chēng)重系統(tǒng)等效為二階系統(tǒng)，推導(dǎo)出動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，根據(jù)ARMA模型，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不斷在線辨識(shí)系統(tǒng)參數(shù)，從而使系統(tǒng)始終工作在最佳參數(shù)狀態(tài)下.首先，分析稱(chēng)重系統(tǒng)工作原理，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，得出含有未知參數(shù)的模型。然后，采用具有結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)算法明確和有逼近任意非線性函數(shù)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在線辨識(shí)出模型的參數(shù)，根據(jù)參數(shù)與重量之間的函數(shù)關(guān)系計(jì)算出重量值"氣基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)的模型預(yù)測(cè)拉制法.以徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為預(yù)測(cè)器和控制器的模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng).實(shí)踐證明，該系統(tǒng)可以改進(jìn)被控對(duì)象的性能岡.專(zhuān)家系統(tǒng)法主要是引入知識(shí)模型而構(gòu)成專(zhuān)家系統(tǒng)，即把優(yōu)秀稱(chēng)重測(cè)力專(zhuān)家的思維過(guò)程固化到測(cè)量程序中，并與計(jì)算機(jī)修正程序結(jié)合起來(lái),進(jìn)而提高計(jì)量?jī)x器的測(cè)試能力和故障檢測(cè)能力網(wǎng)。例如，通過(guò)對(duì)高速公路上以地感線圈為傳感器而采集到的大量車(chē)輛樣本行數(shù)據(jù)分析和特征提取，提出以數(shù)據(jù)中的某些特征值作為識(shí)別依據(jù)，用隸屬度函數(shù)充當(dāng)知識(shí)庫(kù)的識(shí)別方法對(duì)車(chē)輛進(jìn)行分類(lèi)，并將識(shí)別結(jié)果用于稱(chēng)重結(jié)果的校正㈣.
2配料控制方法
在建筑、水泥、醫(yī)藥、玻璃、建材、化工等行業(yè)中，配料是生產(chǎn)過(guò)程的重要組成部分。通常采用的配料控制方法有PID控制、模糊控制、自適應(yīng)控制、專(zhuān)家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和迭代學(xué)習(xí)控制等。
根據(jù)控制對(duì)象情況需要，基于計(jì)算機(jī)的PID控制主要有：PID基本算法、PID增量式算法、PID位置式、PID微分先行、帶死區(qū)的PID算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制法等.PID控制器，存在參數(shù)修改不方便，不能進(jìn)行自整定等缺點(diǎn)。模糊PID控制法。利用模糊控制規(guī)則對(duì)P1D控制器的三個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整。該算法具有良好的跟蹤性能和抗擾動(dòng)，性能。但是，該算法依賴于技術(shù)工人的豐富配料經(jīng)驗(yàn)，以及要采用調(diào)速控制等，要增加很多硬件設(shè)備成本。主要用于大型設(shè)備及要求精度特別高的場(chǎng)合。其他諸如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制法可以實(shí)現(xiàn)常規(guī)控制參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整，但參數(shù)難于自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)外界環(huán)境變化的缺點(diǎn)16711761.此類(lèi)算法處于研究仿真實(shí)驗(yàn)階段，尚未投入實(shí)際生產(chǎn)中使用。
模糊控制是把操作人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期積累得到的知識(shí)，用包含有模糊集合的規(guī)則進(jìn)行記錄，并通過(guò)模糊推理來(lái)確定控制量的一種智能控制方法.模糊控制方法能有效處理大量的不確定性信息，效果好于一般的控制方式顧。日本的鋼管公司福山鋼鐵廠將模糊邏輯引入到返礦量控制，控制效果超過(guò)最熟練的操作者，返礦槽位的偏差大大降低四。
專(zhuān)家控制是從專(zhuān)家和熟練員工處獲得知識(shí)進(jìn)行推理控制的一種方式.主要適于變量較多，機(jī)理復(fù)雜的過(guò)程控制。具有知識(shí)全面性、無(wú)時(shí)空限制性和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。
自適應(yīng)控制中將每次配料的實(shí)際配料量、喂料提前量、下料流量和點(diǎn)動(dòng)次數(shù)等數(shù)據(jù)記錄下來(lái)，作為以后修改喂料提前量的原始經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。以稱(chēng)重配料控制喂料提前量為自適應(yīng)的模型，設(shè)計(jì)喂料提前量自適應(yīng)算法，結(jié)論實(shí)例驗(yàn)證說(shuō)明該算法能夠很好地解決現(xiàn)有系統(tǒng)的不足叫。
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量神經(jīng)元相互連接而成的自適應(yīng)非線性動(dòng)力系統(tǒng)，具有大規(guī)模并行處理、知識(shí)分布式存儲(chǔ)、自學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，適合于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)18511861.在確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，功能函數(shù)和學(xué)習(xí)算法以后，對(duì)于給定樣本的學(xué)習(xí)，知識(shí)就表示為閥值和權(quán)重，分布于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中。能夠超過(guò)設(shè)計(jì)者的知識(shí)水平，是其突出優(yōu)點(diǎn).
迭代自學(xué)習(xí)的基本思想是對(duì)于周期性的動(dòng)態(tài)過(guò)程，在控制過(guò)程中記錄前個(gè)周期的控制輸入和控制誤差，即被控系統(tǒng)的實(shí)際輸出與期望輸出之差，并根據(jù)這兩個(gè)量決定當(dāng)前周期的控制輸出量,使系統(tǒng)誤差逐漸衰減，系統(tǒng)輸出最終達(dá)到期望值。它與傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制不同。傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制是利用前個(gè)時(shí)刻或前幾個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)來(lái)確定當(dāng)前時(shí)刻的控制量，含有逐點(diǎn)修正的意思。迭代學(xué)習(xí)算法具有記憶功能，它是根據(jù)前個(gè)周期某時(shí)刻的控制輸人量和誤差來(lái)確定本周期同一時(shí)刻的控制量，含有逐周期修正的意思。因此迭代學(xué)習(xí)算法非常適合于具有某種重復(fù)運(yùn)行（運(yùn)動(dòng)）性質(zhì)的被控對(duì)象，可實(shí)現(xiàn)完全跟蹤而不是漸近跟蹤。可在沒(méi)有精確已知（甚至未知）被控對(duì)象動(dòng)力學(xué)特性的情況下設(shè)計(jì)控制器，因此它適用于非線性對(duì)象的控制。另外，迭代學(xué)習(xí)控制具有在線計(jì)算量小的特點(diǎn)，適合于快速運(yùn)動(dòng)控制而它的記憶功能可使得在遇到類(lèi)似控制任務(wù)時(shí)，能根據(jù)記憶系統(tǒng)中的信息迅速調(diào)整控制信號(hào)。由于在在稱(chēng)重配料過(guò)程中，一定的時(shí)間段內(nèi)每次振動(dòng)下料的重量是相同的，每次下料過(guò)程具有很強(qiáng)的重復(fù)性，迭代學(xué)習(xí)法控制應(yīng)用于配料過(guò)程的思想是合理的問(wèn)。
一般情況，配料控制還會(huì)結(jié)合落差控制一起運(yùn)用落差控制方法主要有落差修正法、變速控制法、定值補(bǔ)償法、多料門(mén)上料法、超量扣稱(chēng)法和多料門(mén)上料法.落差修正方法是目前配料中比較常見(jiàn)的一種落差修正方法，可單獨(dú)采用，但大部分情況和其他方法同時(shí)存在.主要適用于落差比較穩(wěn)定的情況，即當(dāng)設(shè)備定型和物流性質(zhì)比較穩(wěn)定后，落差在一定范圍內(nèi)隨意波動(dòng)的情況.即釆用每次落差值保存，累計(jì)到一定數(shù)量后再加權(quán)求平均值。逐次修正法在配方變化頻率較低和落差變化不大的情況非常有效。變速控制法適用于螺旋配料或皮帶配料的結(jié)構(gòu)，有效地調(diào)節(jié)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速就可提高配料速度和精度。但調(diào)節(jié)速度需要增加很多硬件成本，目前沒(méi)有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是一種有發(fā)展?jié)摿Φ目刂品绞剑@種控制方式運(yùn)用在大型設(shè)備或精度要求非常高的環(huán)境中"七定值補(bǔ)償法適用于單斗對(duì)整個(gè)批次影響不大的情況，落差值的不穩(wěn)定可通過(guò)下一次或多次修改局部配方以達(dá)到整批穩(wěn)定在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，此種方法可適用于部分場(chǎng)合，適應(yīng)面不是很廣"氣多料門(mén)上料法是目前常用的一種配料方法，適用于用量比較大的顆粒狀物料，也同時(shí)適用于粉狀或液體料。從機(jī)械角度來(lái)說(shuō)是最應(yīng)該考慮的配料方式。為兼顧上料速度和精度矛盾，采用設(shè)置兩個(gè)或者多個(gè)料倉(cāng)控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值的多少和落差的差值來(lái)確定打開(kāi)多個(gè)料倉(cāng)還是其中一個(gè)料倉(cāng)門(mén)設(shè)定值小于一定量是可選擇單門(mén)配料，或某個(gè)料門(mén)。多料門(mén)上料法采用可有效減小由落差不穩(wěn)定帶來(lái)的誤差，并且使系統(tǒng)的冗余度加強(qiáng)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)更為靈活。超量扣稱(chēng)法上料超差時(shí)，在卸料時(shí)提前關(guān)門(mén)扣住多余的料。此種方法不好控制留住的料量，精度相對(duì)較低，只適用于差別很大的情況，對(duì)機(jī)械的損壞也較大.有些機(jī)械結(jié)構(gòu)不適用提前關(guān)門(mén)，或者不起作用。當(dāng)配料到一定范圍之后常用點(diǎn)動(dòng)補(bǔ)償法自動(dòng)點(diǎn)動(dòng)配料，點(diǎn)動(dòng)配料的精度很高，不過(guò)頻繁點(diǎn)動(dòng)對(duì)機(jī)械設(shè)備磨損較大，適用于精度要求高的場(chǎng)合。
高爐煉鐵配料的方法有容積配料法、重量配料法和化學(xué)成分配料。容積配料法是在假定物料堆積密度一定的情況下，控制配料的容積。由于各種原料的堆積密度隨料粒和濕度不同發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致配料量產(chǎn)生較大誤差，一般在5%以上。重量配料法是按原料的重量來(lái)配料，比容積配料法準(zhǔn)確，其配料精度在1.0%左
右，對(duì)配比量較小的燃料，就更加明顯?；瘜W(xué)成分配料是一種目前最為理想的配料方法，它采用先進(jìn)的在線檢測(cè)技術(shù)，隨時(shí)測(cè)出原料混合料成分并輸入微機(jī)進(jìn)行分析、判斷、調(diào)整，獲得最理想的原料配比闞目前，國(guó)外對(duì)這種方法也處于開(kāi)發(fā)階段，我國(guó)的寶鋼、首鋼已具備開(kāi)發(fā)這種水平的條件。

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