基于PELM的陣列式皮帶秤關于物料計量誤差的建模與補償

高凱瑞

唐山曹妃甸煤炭港務有限公司 河北唐山 063200

電子皮帶秤是一種在皮帶輸送機輸送過程中可以連續自動稱重物料的測量設備。其主要特征在于稱重過程是連續的和自動的，并且通常可以在沒有操作員干預的情況下，獨立完成稱重操作。對于企業而言，大規模連續散裝物料交易的公平性和有效性將直接影響企業的經濟效益。要想長期保持電子皮帶秤的一定精度，保證產品質量，就需要考慮安裝位置、安裝質量和操作環境條件等因素，同時工作人員還要注意日常維護和校準的相關周期。因此，電子皮帶秤校準方法和校準周期是當前工作人員關注的重點內容。

1 PELM的陣列式皮帶秤的發展現狀

據研究可知，電子皮帶秤是散裝物料的連續累積稱重設備。在物料的散裝運輸過程中，電子皮帶秤是進行連續計重測量的最佳方式。隨著現代信息技術的飛速進步，市場對電子皮帶秤的誤差精度及穩定性需求愈發嚴格。皮帶秤進行各種改進以提高精度及穩定性，其中最為關鍵的就是改進皮帶秤的機械結構和使用軟件誤差補償[1]。隨著現代信息技術和計算機技術的發展，越來越多的皮帶秤研究人員發現，陣列皮帶秤依靠多輥組合，可以在很大程度上提高精度。研究人員從簡支梁結構中獲得更準確的誤差公式，但據此所得出的數據僅適用于單托輥秤體結構，據此就需要使用疊加原理導出誤差模型，同時工作人員通過測試數據來調整誤差率系數，最終達到減小實際作業過程中水平力效應的效果。

然而，除了建立精確的機械模型外，還要運用可靠的軟件誤差補償技術來精確補償皮帶秤，方可實現補償的有效性。據研究可知，軟件誤差補償技術是提高皮帶秤稱重精度的主要措施，也是增強其適應環境能力的重要途徑。基于現有的機械模型，基于高效測量方法對皮帶秤精度較大誤差來源進行數據匯總，然后結合有效的大數據，使用合適的建模方法來建立其與皮帶精度影響的關聯性，工作人員可以通過軟測量方法，獲得難以檢測的變量[2]。在現代信息技術的支持下，多傳感器信息融合尺度誤差補償可以利用徑向基函數神經網絡，有效控制稱重傳感器輸入進而實現稱重誤差的補償，與此同時采用LM算法進行網絡訓練，提高模型補償性能。需要注意的是，皮帶秤的瞬時稱重是未知的，所以皮帶秤的稱重誤差補償模型的輸入與整個過程息息相關。

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構，只有一個稱重輥，故影響電子皮帶秤重力偏差的因素是比較多的，其中最為關鍵的就是“皮帶效應”[3]。“皮帶效應”是指由傳送帶的張力、稱重輥的非準直度、傳送帶的剛度等都會引起一定的誤差。在研究皮帶秤的稱重誤差時，大多數研究都是基于具體的理論，因為皮帶秤的慣性矩變化很小，此時研究人員需要利用最小勢能原理和變分原理進行推導，然后對于理論知識進行擴展，最后可以得到陣列皮帶秤的誤差補償模型。

內力理論是主要的理論基礎，陣列皮帶秤由幾個對垂直力敏感的單點懸掛稱重單元所構成，而且每個稱重單元由兩個稱重輥和一個單點懸掛稱重傳感器組合而成，每兩個稱重輥可以連接到相同的單點傳感器，每個稱重單元進行對應的疊加。因此，在獲得單個重力誤差后，可以擴展到陣列皮帶秤。稱重部分的每個稱重輥具有對應的懸掛稱重單元，N個稱重單元可以在傳送帶運動方向上產生對應的張力，但是數值是比較小的，這也就意味著此時傳送帶受力均勻[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部所帶來的影響，非準直誤差補償可以消除這一效應，提高最終的精度，可以有效進行稱重誤差補償，降低陣列皮帶秤托輥的剛度，節省安裝成本，同時也可以減小模型的復雜性，增強模型的誤差補償性能。

3 基于PELM的陣列式皮帶秤關于物料計量誤差的建模與補償

大多數誤差補償是基于理論數學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雜，制約因素較多，所以傳統的基于理論公式線性或非線性回歸分析的誤差補償難以滿足具體的要求，工作人員無法得知隱藏設備參數或環境參數對皮帶秤精度可能產生的影響。除此之外，工作人員目前所使用的傳統的監督學習方法難以獲得誤差補償模型，這主要是因為誤差補償模型輸出取決于持續一段時間的輸入過程，而且主要會涉及到過程神經網絡和傳統神經網絡等多方面的內容，PNN與傳統神經網絡之間具有顯著的差異，所以進行兩端輸送帶的張力測量時需要采用不同的方式[5]。當皮帶秤以穩定的流速運行時，兩端皮帶的張力都是比較小的，所以可以適當地降低皮帶張力取樣頻率，此時保持兩端檢測數據時序一致，在此基礎上對最大垂度檢測數據的進行降噪處理，將得到的皮帶張力值作為PELM的輸入量。

4 結語

基于“內力理論”，可以發現陣列皮帶秤的稱重精度主要與雙側稱重輥組的皮帶張力等因素具有密切聯系，在此基礎上工作人員對傳統的PNN進行了完善，并導入ELM訓練算法，在此基礎上可以構建出一種基于PELM的陣列式帶尺度誤差補償模型。該模型通過對于“內力理論”的應用，可以有效減小補償輸入數據的特征尺寸，同時通過進行稱重誤差補償試驗，也有效證明PELM陣列式皮帶秤誤差補償模型的實用性。