轴组式称重系统的研制

作     者：杨成森 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张海宁;赵雷

授予年度：2022年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 

主      题：轴组式动态称重 EEMD ADAMS 专家算法 波形补偿 数据处理 

摘      要：车辆的超限超载行为不但会破坏公路基础设施,而且还会损害民众的生命财产,严重影响了公共交通安全。长期以来,我国对于公路车辆的超限超载行为检测方式通常是在高速公路的入口设立超限检测站,并通过动态称重设备来对车辆进行超载行为的检测,但传统的动态称重设备往往存在着测量误差较大、轴型识别困难等问题。针对传统动态称重设备存在的弊端,本文提出了一种基于轴组秤的动态称重系统的设计方案,方案主要包括系统硬件的选型及设计、动态称重信号处理算法的设计及系统软件的设计。论文的主要内容如下:首先,结合传统称重设备的优点,设计了轴组式称重系统的硬件结构,系统的称重台面由一大一小秤台组成,选用体积较小的轴重秤作为副秤台,主秤台选用体积较大的轴组秤,其长度可容纳所测车辆的三联轴同时上秤,提高了测量精度和防作弊能力。同时完成了系统的硬件组成部分的选型和数据采集装置的硬件设计,实现了称重信号采集、A/D转换、数据传输等功能。其次,对比分析了动态称重常见滤波算法,采用EEMD算法对称重信号进行滤波,通过ADAMS软件对轴组式动态称重系统进行了仿真,并联合MATLAB平台验证了EEMD滤波算法的性能和在动态称重系统中应用的可行性;分析车辆轴重的数据分布特征,根据特征分析结果,设计了一种基于专家算法的车辆轴型识别算法,通过将所测车辆的轴数和轴重特征信息相结合匹配,实现了对车辆轴型的识别;针对轴组秤称重信号波形时序混乱的问题,设计了一种波形补偿的方法,使得称重信号波形工整易分析,降低计算复杂度,提高了系统的实时性。再次,完成了系统软件的设计,包括数据采集程序设计和上位机检测控制软件的设计。其中,检测控制软件使用C++语言和MFC类库在VS平台上进行了模块化的开发,完成了检测控制软件的监控抓拍、静态标定、数据存储等模块功能的设计与开发,并在软件中实现了滤波、轴型识别和波形补偿等软件算法。最后,对系统功能进行了测试。先通过建立独立的测试项目程序,对系统轴型识别算法的识别率进行了验证;随后选择较为常见的三种货车在某超限检测站进行了实际称量测试,并将三种车型在双秤台称重设备上进行相同次数的称量测试做为对比测试。最后的测试结果表明:轴型识别算法的识别率达到了97%;当车辆在低速状态通过秤台时,系统测量误差控制在了2%以内,相较于传统双秤台式动态称重设备的测量精度提升了1%左右。