CN111470425B - 一种起重机自适应称重方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种起重机自适应称重方法，包括以下步骤或方法：信号参数整定——起重机吊装已知重量的标重载荷，分别获取标重载荷在静态、动态过程中的重量传感信号，对重量传感信号进行信号变换与自适应低通滤波处理，结合标重载荷重量对信号自适应低通滤波的参数进行静态标定或动态整定，并获取标重载荷称重过程的对照数据形成对照队列；称重——起重机吊装待称重载荷，获取待称重载荷的重量传感信号，通过对待称重载荷的重量传感信号进行信号变换与自适应低通滤波处理，获取待称重载荷数据并与对照队列比较判断待称重载荷的运动状态，并计算待称重载荷的称重值。本发明能够保证称重值的数值偏差在±3％以内。
Description
技术领域
本发明涉及起重机运行过程中的称重管理技术领域，尤其涉及一种起重机自适应称重方法。
背景技术
现有起重机的力矩或起重量限制器中，对于载荷的重量均偏大。主要原因有两点，一是出于安全考虑，更重要的是技术原因，载荷起升过程中受力有较强冲击，且起升后载荷做钟摆运动，载荷的实际重量很难计算准确。
根据受力公式载荷在摆动时，重量传感器输出的信号为正弦信号和直流信号的叠加，如果使用常用的平均值、中值等滤波算法来计算，那么得到的载荷比实际重量偏大；对于力矩保护，测量的重量偏大，则更偏向安全的范围，而在起重机的称重过程中(即起重机在对货物进行吊装的过程中，为了统计起重机的累积工作量，需要对其吊装的货物进行称重)，货物(即待称重载荷)经历起升-稳定-落下过程，在该过程中往往会发生摆动和振动，导致称重不准确，因此对于称重来说，明显偏差越大，称重越不精确，不利于统计起重机的累积工作量。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种起重机自适应称重方法，解决了在起重机运行过程中称重时测量重量较真实重量值偏差较大，不利于统计起重机的累积工作量的问题。
根据本发明的实施例提供了一种起重机自适应称重方法，其包括以下步骤或方法：
信号参数整定——起重机吊装已知重量的标重载荷，分别获取标重载荷在静态、动态过程中的重量传感信号，对重量传感信号进行信号变换与自适应低通滤波处理，结合标重载荷重量对信号自适应低通滤波的参数进行静态标定或动态整定，并获取标重载荷称重过程的对照数据形成对照队列；
称重——起重机吊装待称重载荷，获取待称重载荷的重量传感信号，通过对待称重载荷的重量传感信号进行信号变换与自适应低通滤波处理，获取待称重载荷数据并与对照队列比较判断待称重载荷的运动状态，并计算待称重载荷的称重值。
进一步地，所述运动状态包括起升-稳定-落下中的一种。
进一步地，所述静态标定——对起重机监控载荷重量的传感仪器进行已知重量载荷的静态重量信号标定。
进一步地，所述标重载荷包括重量不同的第一标重块和第二标重块；
所述动态整定——起重机分别吊装第一标重块与第二标重块进行载荷运动，获取重量传感信号。
进一步地，所述信号变换包括通过传感器采集时域信号后进行放大，放大后的时域信号经傅里叶变换转换为频域信号，然后对频域信号进行自适应低通滤波以截取有用的频域信号并再次转换成时域信号。
进一步地，特别地，当载荷运动判断为起升/落下时，存在一个称重值；此时记经自适应滤波处理的信号值为mi，通过下述公式计算称重值ba，则：
其中，当0.83*ba≤m′a≤1.27*ba时，ba为真实值，且此时m′a存入对照队列中作为新的对照数据。
否则，重新采集信号至最新采集信号与该采集信号相等时为一个摆动周期，该周期内存在一个称重值；即
当m′a＞1.27ba或m′a＜0.83ba时，记最新信号值为m′a+c，此时称重值ba的计算公式为：
进一步地，所述第一标重块的重量不大于起重机额定称重量的30％，所述第二标重块的重量不小于起重机额定称重量的70％。
进一步地，所述重量传感信号的采集采用柱式压力传感器或板环拉力传感器进行。
上述技术方案中，在起重机仪表(即设备，包括传感器)安装完成之后即可开始进行，把采集的时域信号通过傅里叶变换转换到频域(即对采集值进行傅里叶变换)，根据应用场合特性去掉或衰减无用的频带信号，然后再把有用的频域信号转换成时域信号，以此进行初级滤波(即进行自适应低通滤波)，然后在后续运行中对起重机运行(即起升/落下/摆动/稳定)过程中的真实载荷进行称重。
与现有的技术相比，本发明有以下有益之处：
1、在不改变起重机结构的情况下，进行取力，对于旧设备的改造尤其有利，更利于统计起重机的累积工作量，以更好的判断起重机的工作状态；
2、适用于拉力传感器或压力传感器使用场景，减少了取力传感器的设计工作，应用场景更为丰富；
3、能够保证称重值(即称重所得重量)的数值偏差在±3％以内，进而保证起重机安全稳定地运行。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
起重机载荷起升和落下时，重量传感器信号在短时间内幅度变化很大，即此时为高频信号，具体频率和起升速度有关。
载荷悬在空中时，信号幅度变化较小，且波动周期很长，即此时为低频信号。根据重力加速度和摆动半径，可计算摆动周期，即信号的波动周期，且摆动频率都在大约0.3HZ以下。其中，
摆动周期公式：T＝2πsqrt(r/g)
摆动时拉力＝向心力+载荷重力的分量，公式：F＝mV*V/r+mgcosθ
m：重量；
g：重力加速度；
r：摆动半径；
V：摆动的切向线速度；
θ：拉力与垂直方向的夹角；
最高点时，V为0，F＝mg*cosθ，拉力最小，且比实际载荷要小；
最低点时，F＝mg+mV*V/r，拉力比实际载荷要大；此时V＝sqrt(2gh)，h为摆动的高度差。
本实施例提供了一种起重机自适应称重方法，在起重机仪表(即设备，包括所述传感器)安装完成之后开始以下步骤或方法：
信号参数整定——起重机吊装已知重量的标重载荷，分别获取标重载荷在静态、动态过程中的重量传感信号，对重量传感信号进行信号变换与自适应低通滤波处理，结合标重载荷重量对信号自适应低通滤波的参数进行静态标定或动态整定，并获取标重载荷称重过程的对照数据形成对照队列；
称重——起重机吊装待称重载荷，获取待称重载荷的重量传感信号，通过对待称重载荷的重量传感信号进行信号变换与自适应低通滤波处理，获取待称重载荷数据并与对照队列比较判断待称重载荷的运动状态，并计算待称重载荷的称重值。
优选地，所述运动状态包括起升-稳定-落下中的一种。。
优选地，所述静态标定——对起重机监控载荷重量的传感仪器进行已知重量载荷的静态重量信号标定。
优选地，所述标重载荷包括重量不同的第一标重块和第二标重块；
所述动态整定——起重机分别吊装第一标重块与第二标重块进行载荷运动，获取重量传感信号。
优选地，所述信号变换包括通过传感器采集时域信号后进行放大，放大后的时域信号经傅里叶变换转换为频域信号，然后对频域信号进行自适应低通滤波以截取有用的频域信号并再次转换成时域信号。
优选地，特别地，当载荷运动判断为起升/落下时，存在一个称重值；此时记经自适应滤波处理的信号值为mi，通过下述公式计算称重值ba，则：
其中，当0.83*ba＜m′a＜1.27*ba时，ba为真实值，且此时m′a存入对照队列中作为新的对照数据；当m′a＝1.27ba或m′a＝0.83ba时，ba为真实值，且此时m′a存入对照队列中作为新的对照数据；特别地，此时称重值的偏差能控制在±3％以内。
更优地，当0.87*ba≤ma≤1.27*ba时，ba为称重值，特别地，称重值的偏差能控制在2％以内。
否则，重新采集信号至最新采集信号与该采集信号相等时为一个摆动周期，该周期内存在一个称重值；即
当m′a＞1.27ba或m′a＜0.83ba时，记最新信号值为m′a+c，此时称重值ba的计算公式为：
优选地，所述第一标重块的重量不大于起重机额定称重量的30％，所述第二标重块的重量不小于起重机额定称重量的70％。
优选地，所述第一标重块的重量不大于起重机额定称重量的20％，所述第二标重块的重量不小于起重机额定称重量的80％。
优选地，所述重量传感信号的采集采用柱式压力传感器或板环拉力传感器进行。
上述实施例中，把采集的时域信号通过傅里叶变换转换到频域(即对采集值进行傅里叶变换)，根据应用场合特性去掉或衰减无用的频带信号，然后再把有用的频域信号转换成时域信号，以此进行初级滤波(即进行自适应低通滤波)，然后在后续运行中对起重机运行(即起升/落下/摆动/稳定)过程中的真实载荷进行称重。
应用上述实施例中提供的称重方法，进行实际称重，结论统计如下：
| 实际重量值kg | m′<sub>a</sub> | 称重值kg | 偏差 |
| 998.87 | 0.83*b<sub>a</sub>≤m′<sub>a</sub>≤1.27*b<sub>a</sub> | 970.90kg～1025.85 | ＜2.8％ |
| 999.10 | 0.87*b<sub>a</sub>≤m<sub>a</sub>≤1.27*b<sub>a</sub> | 982.12kg～1008.71 | ＜1.7％ |
同时，本实施例还具有以下优点：
1、在不改变起重机结构的情况下，进行取力，对于旧设备的改造尤其有利；
2、适用于拉力传感器或压力传感器使用场景，减少了取力传感器的设计工作，应用场景更为丰富；
3、能够保证称重值(即称重所得重量)的数值偏差在±3％以内，进而保证起重机安全稳定地运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种起重机自适应称重方法，其特征在于，包括以下方法：
信号参数整定——起重机吊装已知重量的标重载荷，分别获取标重载荷在静态、动态过程中的重量传感信号，对重量传感信号进行信号变换与自适应低通滤波处理，结合标重载荷重量对信号自适应低通滤波的参数进行静态标定或动态整定，并获取标重载荷称重过程的对照数据形成对照队列；
称重——起重机吊装待称重载荷，获取待称重载荷的重量传感信号，通过对待称重载荷的重量传感信号进行信号变换与自适应低通滤波处理，获取待称重载荷数据并与对照队列比较判断待称重载荷的运动状态，并计算待称重载荷的称重值。
2.根据权利要求1所述的一种起重机自适应称重方法，其特征在于，所述静态标定——对起重机监控载荷重量的传感仪器进行已知重量载荷的静态重量信号标定。
3.根据权利要求1所述的一种起重机自适应称重方法，其特征在于，所述标重载荷包括重量不同的第一标重块和第二标重块；
所述动态整定——起重机分别吊装第一标重块与第二标重块进行载荷运动，获取重量传感信号。
4.根据权利要求1所述的一种起重机自适应称重方法，其特征在于，所述信号变换包括通过传感器采集时域信号后进行放大。
5.根据权利要求4所述的一种起重机自适应称重方法，其特征在于，所述自适应低通滤波包括将放大后的时域信号转换成频域信号，然后滤除其中高于1HZ的信号。
6.根据权利要求1所述的一种起重机自适应称重方法，其特征在于，记经自适应滤波处理的信号值为mi，通过下述公式计算称重值ba，则：
其中，当0.83*ba＜m′a＜1.27*ba时，ba为真实值，且此时m′a存入对照队列中作为新的对照数据；
当m′a＞1.27ba或m′a＜0.83ba时，记最新信号值为m′a+c，此时称重值ba的计算公式为：
7.根据权利要求6所述的一种起重机自适应称重方法，其特征在于，当m′a＝1.27ba或m′a＝0.83ba时，ba为真实值，且此时m′a存入对照队列中作为新的对照数据。
8.根据权利要求3所述的一种起重机自适应称重方法，其特征在于，所述第一标重块的重量不大于起重机额定称重量的30％，所述第二标重块的重量不小于起重机额定称重量的70％。
9.根据权利要求1所述的一种起重机自适应称重方法，其特征在于，所述运动状态包括起升-稳定-落下中的一种。
10.根据权利要求1所述的一种起重机自适应称重方法，其特征在于，所述重量传感信号的采集采用柱式压力传感器或板环拉力传感器进行。
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