动态称重系统计量误差的动态校正

　　1　引　　言

　　定量下料动态称重系统有着广泛的应用,在保证称重速度的前提下希望有较高的计量精度。一般采用图1(a)的装置和图1(b)大小闸门两级控制的称重方案解决,但实际获得的计量精度不令人满意。由于影响因素较多,使得提高计量精度成为一个难题。

　　研究表明,下列因素是主要的:第一,由应变传感器加秤体构成的称重系统阻尼比ζ小,动态品质不好;第二,物料下落对秤体有冲击力F(t),使测量值大于真实重量值;第三,闸门关闭时尚在半空中的物料ΔG(留空量),使测量值小于真实重量值。

　　对第一个因素文献[4][5]认为动态测量值含有物料重量的信息,运用参数辨识方法,估算出真实重量值。文献[6]对传感器做动态品质补偿,使测量值较好地反映重量值。对后两个因素,均没有很好地解决。主要是F(t)和ΔG造成的误差很难用公式表达且存在耦合,传统的先建模型后控制的办法不能奏效。

　　本文首先对称重系统做了理论分析和样机建模实验,物料下落使称重系统是时变线性系统,模型随时间变化,为此加了变参数的串联补偿环节,保证系统在称重过程中是最佳参数系统,得到好的动态特性。其次,运用模糊控制理论,模仿人在称重时的行为,设计了称重模糊控制器,用来消除物料F(t)和ΔG带来的误差。

　　本文探讨变参数补偿环节和称重模糊控制器的分析和设计,并给出理论分析和试验结果。

　　2　称重系统的数学建模

　　应变称重传感器加秤体构成的称重部分可以等效为二阶系统。如图2所示:

　　建立称重部分的数学模型:

　　式(1)是位移x与重量G(t)的关系模型。x与送到计算机的电压信号U(t)成正比,因此式(1)也是电压U(t)与重量G(t)的关系模型。由(1)式知,系统是一个时变线性系统。当系统质量不变时,式(1)是典型的二阶线性系统。样机的秤体空载时做建模实验,负阶跃响应曲线如图3所示。

　　由文献[1]有公式:

　　3　称重系统的动态补偿

　　3.1　称重系统的动态补偿原理

　　首先,在小的时间段内认为物料质量M(t)不变,冲击力F(t)是重量的一部分:

　　由式(1)知称重部分是二阶线性系统。从式(2)知,系统动态品质不好,是产生称重误差的重要原因。在系统中加串联补偿环节,阻尼比增加到ζ=0.707。设称重系统的传递函数是Φ(s),希望的传递函数为Φ (s),串联补偿环节传递函数为H(s)。

　　则补偿环节: