專利名稱：：一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的起重力矩限制器自適應(yīng)精度校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明是一種起重力矩限制器實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示的重量、幅度、長(zhǎng)度、角度等起重機(jī)工況參數(shù)的精度校準(zhǔn)方法。2
背景技術(shù)：
：起重力矩限制器由位置傳感器(測(cè)量長(zhǎng)度、角度等信號(hào))和力傳感器(測(cè)量拉力、壓力等信號(hào))獲得實(shí)時(shí)工況參數(shù)信號(hào)，所采用的精度校準(zhǔn)方法是測(cè)量起重機(jī)在各種工況下不同吊重時(shí)的傳感器信號(hào)，通過(guò)特定的算法得到參數(shù)轉(zhuǎn)換運(yùn)算公式，然后寫(xiě)入單片機(jī)進(jìn)行處理運(yùn)算，獲得實(shí)際起重量與幅度并與最大力矩進(jìn)行比較判斷，在危險(xiǎn)狀態(tài)下輸出控制信號(hào)，避免起重機(jī)向危險(xiǎn)狀態(tài)動(dòng)作，從而起到安全保護(hù)作用。但是，起重力矩限制器所普遍采用的這種精度校準(zhǔn)方法需要耗費(fèi)大量的人力物力和時(shí)間對(duì)起重機(jī)進(jìn)行工況參數(shù)測(cè)量，容易因?yàn)闇y(cè)量過(guò)程中的偶然因素或人為失誤產(chǎn)生錯(cuò)誤，并且在起重臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的工況參數(shù)數(shù)據(jù)難以測(cè)量采集，造成起重力矩限制器精度不夠，產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷。3
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有起重力矩限制器精度校準(zhǔn)時(shí)間長(zhǎng)、效率低、容易產(chǎn)生誤差的問(wèn)題，本發(fā)明采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的自適應(yīng)校準(zhǔn)技術(shù)，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)與存儲(chǔ)器自動(dòng)采集存儲(chǔ)起重臂在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(向上、向下或靜止)的工況參數(shù)數(shù)據(jù)并立即進(jìn)行運(yùn)算處理，得到該起重機(jī)在此工況下進(jìn)行工作的重量與幅度的精確數(shù)值，不需要另外進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，有效排除人為干擾所產(chǎn)生的誤差，大大提高起重力矩限制器精度校準(zhǔn)的效率和精確度。本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案是將起重機(jī)的工況進(jìn)行合理的劃分，以臂長(zhǎng)和起重臂與水平之間的夾角為坐標(biāo)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系；通過(guò)轉(zhuǎn)換電路自動(dòng)采集處理存儲(chǔ)起重臂在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(向上、向下或靜止)的傳感器信號(hào)，并輸入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，按照一定的規(guī)則將轉(zhuǎn)換結(jié)果自動(dòng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器指定區(qū)域；采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，識(shí)別異常網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，對(duì)異常節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，并根據(jù)相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成有效節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)在起重機(jī)工作時(shí)力矩限制器主機(jī)根據(jù)位置傳感器識(shí)別起重機(jī)工作狀態(tài)，通過(guò)力傳感器獲得起重機(jī)受力狀況，自動(dòng)調(diào)用所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，從而得到重量、幅度等實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)，在人機(jī)界面上進(jìn)行顯示，并根據(jù)與最大力矩判斷的結(jié)果輸出控制信號(hào)。本發(fā)明能夠使力矩限制器根據(jù)起重機(jī)的實(shí)際使用狀態(tài)進(jìn)行精度校準(zhǔn)，提高起重力矩限制器的精度和調(diào)試效率，有效保證起重機(jī)的作業(yè)安全，廣泛適用于流動(dòng)式起重機(jī)(汽車(chē)起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、輪胎起重機(jī))和非流動(dòng)式起重機(jī)的力矩限制器精度校準(zhǔn)。具體實(shí)施例方式本發(fā)明需要通過(guò)核心算法與軟件實(shí)現(xiàn)、硬件設(shè)計(jì)和規(guī)定的人機(jī)操作流程來(lái)具體實(shí)施。4.1核心算法與軟件實(shí)現(xiàn)本發(fā)明采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)技術(shù)作為核心算法的基礎(chǔ)，包括以下部分4.1.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系構(gòu)建本發(fā)明根據(jù)起重機(jī)的工作特性，將起重機(jī)劃分為可自由伸縮與不可自由伸縮兩大類型，以起重臂長(zhǎng)度和起重臂與水平之間的夾角作為坐標(biāo)軸構(gòu)建坐標(biāo)系。對(duì)于可自由伸縮的起重機(jī)(如汽車(chē)起重機(jī))，根據(jù)其起重特性表所標(biāo)明的長(zhǎng)度段作為臂長(zhǎng)坐標(biāo)節(jié)點(diǎn)劃分的依據(jù)對(duì)于不可自由伸縮的起重機(jī)(如履帶式起重機(jī))，則根據(jù)其自身的不同臂長(zhǎng)作為臂長(zhǎng)坐標(biāo)節(jié)點(diǎn)劃分依據(jù)。鑒于起重機(jī)在工作狀態(tài)下起重臂與水平之間的夾角一般在20-80度之間，因此角度坐標(biāo)以22度為起始節(jié)點(diǎn)，每隔三度作為節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，直至79度為止，通過(guò)以上方式構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系。4.1.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與訪問(wèn)規(guī)則在構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系后，根據(jù)起重機(jī)臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將所需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)分為向上與向下兩個(gè)空間，每個(gè)空間由m個(gè)5X20的矩陣組成，其中m為臂長(zhǎng)劃分節(jié)點(diǎn)數(shù)，每個(gè)矩陣為該臂長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。矩陣的行列代表意義如下所示<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>其中aO^起重機(jī)在空載狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)時(shí)所自動(dòng)記錄的角度信號(hào)轉(zhuǎn)換值:a1—起重機(jī)在吊有一定重量砝碼狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)時(shí)所自動(dòng)記錄的角度信號(hào)轉(zhuǎn)換值；FO"起重機(jī)在空載狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)時(shí)所自動(dòng)記錄的力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換值；Fl—起重機(jī)在吊有一定重量砝碼狀態(tài)下運(yùn)動(dòng)時(shí)所自動(dòng)記錄的力傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換值Wl—起重機(jī)在該臂長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)所用砝碼的重量。校準(zhǔn)完成后，單片機(jī)自動(dòng)按上述存儲(chǔ)規(guī)則將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器指定區(qū)域。在起重機(jī)工作時(shí)，單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前臂長(zhǎng)與運(yùn)動(dòng)狀態(tài)訪問(wèn)對(duì)應(yīng)空間巾的對(duì)應(yīng)矩陣，然后根據(jù)角度值判斷調(diào)用相應(yīng)角度節(jié)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的一組數(shù)據(jù)，使用此數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并得到所吊重物重量的計(jì)算結(jié)果，并在人機(jī)界面的指定位置顯示。4.1.3異常節(jié)點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別與修補(bǔ)在進(jìn)行起重機(jī)校準(zhǔn)時(shí)，由于起重機(jī)本身工作條件限制或人為操作因素的影響，可能在某些節(jié)點(diǎn)無(wú)法正確記錄數(shù)據(jù)，造成在起重機(jī)實(shí)際工作時(shí)計(jì)算錯(cuò)誤。為避免該類錯(cuò)誤，采用標(biāo)識(shí)符對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷是否為起重機(jī)校準(zhǔn)時(shí)所記錄的正確數(shù)據(jù)。如果標(biāo)識(shí)符顯示某節(jié)點(diǎn)未正確記錄數(shù)據(jù)，則該節(jié)點(diǎn)為異常節(jié)點(diǎn)。在判定某節(jié)點(diǎn)為異常節(jié)點(diǎn)后，從該節(jié)點(diǎn)出發(fā)對(duì)相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判斷，如果相鄰節(jié)點(diǎn)仍為異常節(jié)點(diǎn)，則繼續(xù)對(duì)下一相鄰節(jié)點(diǎn)進(jìn)行判斷，直到找到非異常節(jié)點(diǎn)為止。在尋找到非異常節(jié)點(diǎn)后，根據(jù)異常節(jié)點(diǎn)與非異常節(jié)點(diǎn)的相鄰關(guān)系進(jìn)行插值運(yùn)算，其規(guī)則為當(dāng)異常節(jié)點(diǎn)落于兩個(gè)非異常節(jié)點(diǎn)之間時(shí)，由兩個(gè)非異常節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行向內(nèi)插值計(jì)算，將所得數(shù)據(jù)存入原異常節(jié)點(diǎn)所在位置，標(biāo)識(shí)符修改為非異常節(jié)點(diǎn)；當(dāng)異常節(jié)點(diǎn)落于兩個(gè)非異常節(jié)點(diǎn)之間時(shí)，由兩個(gè)非異常節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行向外插值計(jì)算，將所得數(shù)據(jù)存入原異常節(jié)點(diǎn)所在位置，標(biāo)識(shí)符修改為非異常節(jié)點(diǎn)。如此按規(guī)則進(jìn)行自動(dòng)異常節(jié)點(diǎn)識(shí)別和修補(bǔ)，直至所有數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)全部為非異常節(jié)點(diǎn)為止。4.1.4軟件實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的核心算法可以通過(guò)一定的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言如c語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言等加以實(shí)現(xiàn)。4.2硬件設(shè)計(jì)為了實(shí)施本發(fā)明的方法，起重力矩限制器的硬件設(shè)計(jì)必須包括以下部分4.2.1信號(hào)轉(zhuǎn)換放大電路在本發(fā)明實(shí)施過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)采集傳感器信號(hào)，在力矩限制器硬件設(shè)計(jì)中必須根據(jù)傳感器信號(hào)的量程設(shè)計(jì)信號(hào)轉(zhuǎn)換放大電路，通過(guò)該電路將采集到的傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以運(yùn)算處理的相應(yīng)數(shù)值。4.2.2存儲(chǔ)器選用大容量高效率存儲(chǔ)器是本發(fā)明具體實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)路線。申請(qǐng)人選用Ra鵬tron公司的FRM鐵電存儲(chǔ)芯片，能夠大量高效率地讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，將校準(zhǔn)過(guò)程中所采集的數(shù)據(jù)寫(xiě)入存儲(chǔ)器保存，并在起重機(jī)工作過(guò)程中根據(jù)不同工況訪何讀取存儲(chǔ)器中所存數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行運(yùn)算處理。4.2.3單片機(jī)與外圍電路力矩限制器釆用單片機(jī)作為CPU,通過(guò)CPU與外圍電路實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換處理、運(yùn)算、控制信號(hào)輸出、人機(jī)界面顯示等功能。4.3人機(jī)操作流程準(zhǔn)備好已知準(zhǔn)確重量的砝碼，確認(rèn)需要進(jìn)行校準(zhǔn)的臂長(zhǎng)工況汽車(chē)起重機(jī)使用額定起重量表中的長(zhǎng)度進(jìn)行校準(zhǔn)履帶式起重機(jī)按實(shí)際工作臂皿行校準(zhǔn)。起重機(jī)停在堅(jiān)實(shí)的水平地面上并處于正常工作狀態(tài)；査看力矩顯示器的長(zhǎng)度、角度與幅度顯示值與實(shí)際值相等，誤差小于±1%。4.3.1空鉤校準(zhǔn)按以下步驟進(jìn)行校準(zhǔn)操作-a.按菜單提示把顯示重量值修改成當(dāng)前吊鉤重量。b.主臂向下變幅到20度左右位置。c.主臂開(kāi)始勻速緩慢向上變幅時(shí)按,，進(jìn)入自動(dòng)快速校準(zhǔn)菜單。d.主臂向上變幅到79°時(shí)將變幅動(dòng)作改成緩慢向下變幅，直到起始位置，重量校準(zhǔn)結(jié)束，返回上一級(jí)菜單。4.3.2砝碼重量校準(zhǔn)按以下步驟進(jìn)行校準(zhǔn)操作&按菜單提示把顯示重量值修改成當(dāng)前砝碼+吊鉤的總重量。b.主臂向下變幅到顯示重量與額定起重量相等的位置。c.主臂開(kāi)始勻速緩慢向上變幅時(shí)按,，進(jìn)入自動(dòng)快速校準(zhǔn)菜單。d.主臂向上變幅到79°時(shí)將變幅動(dòng)作改成勻速緩慢向下變幅，直到起始位置，重量校準(zhǔn)結(jié)束，返回上一級(jí)菜單。權(quán)利要求1、一種起重力矩限制器實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示的重量、幅度、長(zhǎng)度、角度等起重機(jī)工況參數(shù)的精度校準(zhǔn)方法，采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的自適應(yīng)校準(zhǔn)技術(shù)，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)與存儲(chǔ)器自動(dòng)采集存儲(chǔ)起重臂在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(向上、向下或靜止)的工況參數(shù)數(shù)據(jù)并立即進(jìn)行運(yùn)算處理，得到該起重機(jī)在此工況下進(jìn)行工作的重量與幅度的精確數(shù)值。2、權(quán)利要求1所述的基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的自適應(yīng)校準(zhǔn)技術(shù),其特征是將起重機(jī)的工況進(jìn)行合理的劃分，以臂長(zhǎng)和起重臂與水平之間的夾角為坐標(biāo)構(gòu)建數(shù)據(jù)采集神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系；通過(guò)轉(zhuǎn)換電路自動(dòng)采集處理存儲(chǔ)起重臂在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(向上、向下或靜止)的傳感器信號(hào)，并輸入單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理，按照一定的規(guī)則將轉(zhuǎn)換結(jié)果自動(dòng)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器指定區(qū)域；采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，識(shí)別異常網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，對(duì)異常節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，并根據(jù)相鄰節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成有效節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)；在起重機(jī)工作時(shí)力矩限制器主機(jī)根據(jù)位置傳感器識(shí)別起重機(jī)工作狀態(tài)，通過(guò)力傳感器獲得起重機(jī)受力狀況，自動(dòng)調(diào)用所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，從而得到重量、幅度等實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)，在人機(jī)界面上進(jìn)行顯示，并根據(jù)與最大力矩判斷的結(jié)果輸出控制信號(hào)。全文摘要一種起重力矩限制器實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示的重量、幅度、長(zhǎng)度、角度等起重機(jī)工況參數(shù)的精度校準(zhǔn)方法，采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的自適應(yīng)校準(zhǔn)技術(shù)，通過(guò)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)與存儲(chǔ)器自動(dòng)采集存儲(chǔ)起重臂在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(向上、向下或靜止)的工況參數(shù)數(shù)據(jù)并立即進(jìn)行運(yùn)算處理，得到該起重機(jī)在此工況下進(jìn)行工作的重量與幅度的精確數(shù)值，不需要另外進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，有效排除人為干擾所產(chǎn)生的誤差，大大提高起重力矩限制器精度校準(zhǔn)的效率和精確度。本方法能夠使力矩限制器根據(jù)起重機(jī)的實(shí)際使用狀態(tài)進(jìn)行精度校準(zhǔn)，提高起重力矩限制器的精度和調(diào)試效率，有效保證起重機(jī)的作業(yè)安全，廣泛適用于流動(dòng)式起重機(jī)(汽車(chē)起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、輪胎起重機(jī))和非流動(dòng)式起重機(jī)的力矩限制器精度校準(zhǔn)。文檔編號(hào)B66C13/00GK101428735SQ20071016621公開(kāi)日2009年5月13日申請(qǐng)日期2007年11月8日優(yōu)先權(quán)日2007年11月8日發(fā)明者黃正清申請(qǐng)人:北京普瑞塞特控制系統(tǒng)科技有限公司;黃正清