基于变步长自适应陷波器的在线检重抗振方法研究

作     者：胡清 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：滕召胜

授予年度：2020年

学科分类：12[管理学] 083002[工学-环境工程] 1204[管理学-公共管理] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 120402[管理学-社会医学与卫生事业管理(可授管理学、医学学位)] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0837[工学-安全科学与工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：检重秤 抗振动 自适应陷波 变步长LMS算法 检重信号处理 

摘      要：检重秤是由称重传感器、外壳、运动部件、显示器和控制电路组成的一种复杂机械结构,它具有测量环境与被测物体处于非静止状态、在短时间内进行快速测量等特点。检重秤运动部件与外壳之间的相对运动造成振动干扰,此时称量信号并非一个恒定值,且任何结构都有其本身的固有振动特性参数,如若运动部件所带来的外力作用频率与固有频率重合,或称量环境中存在一个接近固有频率的振动源,则会造成机械共振,引起系统振动干扰显著增大。为确保在动态条件下准确称重,必须研究系统振动特性对检重秤计量准确性的影响与解决方法。首先,本文对目前国内外检重秤研究的相关标准、产品开发和相应技术现状进行分析,阐述检重秤的发展趋势,探讨自适应陷波技术的抗振应用。对振动问题进行概述,介绍几种典型的机械振动及其振动产生原因,并阐述检重秤机身振动来源主要包括皮带托辊振动和电机振动。通过建立称量平台的动力学模型,分析检重秤机身的固有振动特性,并对应变式电阻称重传感器测量过程进行推导,分析检重秤机身振动间的联系及其对检重结果的影响。其次,对比理论检重波形指出常规数字滤波器在抗振动应用中存在多方面问题,提出一种基于箕舌线变步长LMS算法改进的自适应陷波算法,给出算法的实现过程,并对该方法进行仿真研究和实际测试,表明该方法在检重秤抗振动应用中具有准确性与优越性。文中详细阐述LMS自适应滤波算法与自适应陷波器原理,根据检重秤振动分析,对系统选用并联型结构多频自适应陷波器。然后,根据算法和实际项目需求,设计一款基于ARM架构的嵌入式检重信号采集与处理装置,详细介绍检重信号放大、秤台大皮重滤除、有源低通滤波器、检重信号与光电信号采集、STM32最小系统、接口转换和电源等模块的硬件电路设计,并提供基于本文装置的总体嵌入式软件开发思路与实现流程。最后,通过检验检重秤系统不同速度下的检定分度值、最小秤量、最大秤量以及共振速度运行时的检重性能,验证了本文方法对于检重秤抗振动性能提升和检重精度提高的有效性和实用性,实现0.5g检定分度值,满足检重秤国标XIII（1）等级。