基于PELM的陣列式皮帶秤關(guān)于物料計(jì)量誤差的建模與補(bǔ)償

高凱瑞

唐山曹妃甸煤炭港務(wù)有限公司 河北唐山 063200

電子皮帶秤是一種在皮帶輸送機(jī)輸送過程中可以連續(xù)自動(dòng)稱重物料的測(cè)量設(shè)備。其主要特征在于稱重過程是連續(xù)的和自動(dòng)的，并且通常可以在沒有操作員干預(yù)的情況下，獨(dú)立完成稱重操作。對(duì)于企業(yè)而言，大規(guī)模連續(xù)散裝物料交易的公平性和有效性將直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。要想長(zhǎng)期保持電子皮帶秤的一定精度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，就需要考慮安裝位置、安裝質(zhì)量和操作環(huán)境條件等因素，同時(shí)工作人員還要注意日常維護(hù)和校準(zhǔn)的相關(guān)周期。因此，電子皮帶秤校準(zhǔn)方法和校準(zhǔn)周期是當(dāng)前工作人員關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容。

1 PELM的陣列式皮帶秤的發(fā)展現(xiàn)狀

據(jù)研究可知，電子皮帶秤是散裝物料的連續(xù)累積稱重設(shè)備。在物料的散裝運(yùn)輸過程中，電子皮帶秤是進(jìn)行連續(xù)計(jì)重測(cè)量的最佳方式。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速進(jìn)步，市場(chǎng)對(duì)電子皮帶秤的誤差精度及穩(wěn)定性需求愈發(fā)嚴(yán)格。皮帶秤進(jìn)行各種改進(jìn)以提高精度及穩(wěn)定性，其中最為關(guān)鍵的就是改進(jìn)皮帶秤的機(jī)械結(jié)構(gòu)和使用軟件誤差補(bǔ)償[1]。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的皮帶秤研究人員發(fā)現(xiàn)，陣列皮帶秤依靠多輥組合，可以在很大程度上提高精度。研究人員從簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)中獲得更準(zhǔn)確的誤差公式，但據(jù)此所得出的數(shù)據(jù)僅適用于單托輥秤體結(jié)構(gòu)，據(jù)此就需要使用疊加原理導(dǎo)出誤差模型，同時(shí)工作人員通過測(cè)試數(shù)據(jù)來調(diào)整誤差率系數(shù)，最終達(dá)到減小實(shí)際作業(yè)過程中水平力效應(yīng)的效果。

然而，除了建立精確的機(jī)械模型外，還要運(yùn)用可靠的軟件誤差補(bǔ)償技術(shù)來精確補(bǔ)償皮帶秤，方可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償?shù)挠行浴?jù)研究可知，軟件誤差補(bǔ)償技術(shù)是提高皮帶秤稱重精度的主要措施，也是增強(qiáng)其適應(yīng)環(huán)境能力的重要途徑。基于現(xiàn)有的機(jī)械模型，基于高效測(cè)量方法對(duì)皮帶秤精度較大誤差來源進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總，然后結(jié)合有效的大數(shù)據(jù)，使用合適的建模方法來建立其與皮帶精度影響的關(guān)聯(lián)性，工作人員可以通過軟測(cè)量方法，獲得難以檢測(cè)的變量[2]。在現(xiàn)代信息技術(shù)的支持下，多傳感器信息融合尺度誤差補(bǔ)償可以利用徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，有效控制稱重傳感器輸入進(jìn)而實(shí)現(xiàn)稱重誤差的補(bǔ)償，與此同時(shí)采用LM算法進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，提高模型補(bǔ)償性能。需要注意的是，皮帶秤的瞬時(shí)稱重是未知的，所以皮帶秤的稱重誤差補(bǔ)償模型的輸入與整個(gè)過程息息相關(guān)。

2 陣列式皮帶秤的基本理論分析

電子皮帶秤采用單托輥結(jié)構(gòu)，只有一個(gè)稱重輥，故影響電子皮帶秤重力偏差的因素是比較多的，其中最為關(guān)鍵的就是“皮帶效應(yīng)”[3]。“皮帶效應(yīng)”是指由傳送帶的張力、稱重輥的非準(zhǔn)直度、傳送帶的剛度等都會(huì)引起一定的誤差。在研究皮帶秤的稱重誤差時(shí)，大多數(shù)研究都是基于具體的理論，因?yàn)槠С拥膽T性矩變化很小，此時(shí)研究人員需要利用最小勢(shì)能原理和變分原理進(jìn)行推導(dǎo)，然后對(duì)于理論知識(shí)進(jìn)行擴(kuò)展，最后可以得到陣列皮帶秤的誤差補(bǔ)償模型。

內(nèi)力理論是主要的理論基礎(chǔ)，陣列皮帶秤由幾個(gè)對(duì)垂直力敏感的單點(diǎn)懸掛稱重單元所構(gòu)成，而且每個(gè)稱重單元由兩個(gè)稱重輥和一個(gè)單點(diǎn)懸掛稱重傳感器組合而成，每?jī)蓚€(gè)稱重輥可以連接到相同的單點(diǎn)傳感器，每個(gè)稱重單元進(jìn)行對(duì)應(yīng)的疊加。因此，在獲得單個(gè)重力誤差后，可以擴(kuò)展到陣列皮帶秤。稱重部分的每個(gè)稱重輥具有對(duì)應(yīng)的懸掛稱重單元，N個(gè)稱重單元可以在傳送帶運(yùn)動(dòng)方向上產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的張力，但是數(shù)值是比較小的，這也就意味著此時(shí)傳送帶受力均勻[4]。該理論同樣表示，陣列皮帶秤可以忽略皮帶張力和中間內(nèi)部所帶來的影響，非準(zhǔn)直誤差補(bǔ)償可以消除這一效應(yīng)，提高最終的精度，可以有效進(jìn)行稱重誤差補(bǔ)償，降低陣列皮帶秤托輥的剛度，節(jié)省安裝成本，同時(shí)也可以減小模型的復(fù)雜性，增強(qiáng)模型的誤差補(bǔ)償性能。

3 基于PELM的陣列式皮帶秤關(guān)于物料計(jì)量誤差的建模與補(bǔ)償

大多數(shù)誤差補(bǔ)償是基于理論數(shù)學(xué)公式形成的線性或非線性回歸模型。然而，由于皮帶秤的工況條件較復(fù)雜，制約因素較多，所以傳統(tǒng)的基于理論公式線性或非線性回歸分析的誤差補(bǔ)償難以滿足具體的要求，工作人員無法得知隱藏設(shè)備參數(shù)或環(huán)境參數(shù)對(duì)皮帶秤精度可能產(chǎn)生的影響。除此之外，工作人員目前所使用的傳統(tǒng)的監(jiān)督學(xué)習(xí)方法難以獲得誤差補(bǔ)償模型，這主要是因?yàn)檎`差補(bǔ)償模型輸出取決于持續(xù)一段時(shí)間的輸入過程，而且主要會(huì)涉及到過程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多方面的內(nèi)容，PNN與傳統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間具有顯著的差異，所以進(jìn)行兩端輸送帶的張力測(cè)量時(shí)需要采用不同的方式[5]。當(dāng)皮帶秤以穩(wěn)定的流速運(yùn)行時(shí)，兩端皮帶的張力都是比較小的，所以可以適當(dāng)?shù)亟档推埩θ宇l率，此時(shí)保持兩端檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)序一致，在此基礎(chǔ)上對(duì)最大垂度檢測(cè)數(shù)據(jù)的進(jìn)行降噪處理，將得到的皮帶張力值作為PELM的輸入量。

4 結(jié)語

基于“內(nèi)力理論”，可以發(fā)現(xiàn)陣列皮帶秤的稱重精度主要與雙側(cè)稱重輥組的皮帶張力等因素具有密切聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上工作人員對(duì)傳統(tǒng)的PNN進(jìn)行了完善，并導(dǎo)入ELM訓(xùn)練算法，在此基礎(chǔ)上可以構(gòu)建出一種基于PELM的陣列式帶尺度誤差補(bǔ)償模型。該模型通過對(duì)于“內(nèi)力理論”的應(yīng)用，可以有效減小補(bǔ)償輸入數(shù)據(jù)的特征尺寸，同時(shí)通過進(jìn)行稱重誤差補(bǔ)償試驗(yàn)，也有效證明PELM陣列式皮帶秤誤差補(bǔ)償模型的實(shí)用性。