基于卡尔曼滤波的养殖料塔精确称重系统研究

作     者：黄启辰 

作者单位：山东交通学院 

学位级别：硕士

导师姓名：尹修杰;钱尚溢

授予年度：2024年

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 080202[工学-机械电子工程] 082801[工学-农业机械化工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：称重系统 卡尔曼滤波 称重装置 控制系统 

摘      要：随着我国养殖产业的迅速发展,养殖场的规模不断增大,智能养殖是未来养殖产业发展目标,其中养殖料塔饲料精确称重技术是实现智能化养殖的重要技术,但传统的饲料称重系统存在测量误差较大等问题。本文对饲料称重技术进行研究,研制一种基于卡尔曼滤波算法的称重系统,并通过搭建基于液压加载系统的称重试验装置进行试验验证。本文所做的主要工作如下: 1)通过对单一称重传感器称重系统和多传感器称重系统进行受力分析,建立了饲料称重系统的力学模型。针对称重信号存在噪声干扰的问题,本文采用卡尔曼算法对传感器信号进行处理。并基于卡尔曼算法建立称重系统的数学模型。 2)通过simulink搭建卡尔曼算法称重系统仿真模型,并通过仿真试验确定称重系统滤波参数,并且验证了该方法在称重系统去噪效果。 3)试验装置搭建。试验装置主要包括称重装置、液压加载系统和控制系统等。称重装置主要由称重模块、称重平台和支撑结构组成,称重装置由六个悬臂梁应变片式传感器并联组成,用以提高称重精度;液压加载系统主要由电液比例溢流阀、电磁换向阀和四个同型号并联液压缸组成,实现精准液压加载功能;控制系统主要包括称重信号采集模块、人机交互显示模块、油压压力传感器信号采集模块及故障检测等。称重采集模块将称重传感器的模拟信号转化为数字信号并输送至单片机进行数据处理;数据显示模块设计了人机交互界面,可实现实时显示称重系统当前重量、故障信息、系统标定等功能。 4)称重试验。设计了装置样机,对装置进行了调试与性能测试试验。首先对称重装置进行静载标定,确定称重系统整体灵敏度。依次进行偏载试验、重复精度试验和液压加载试验。通过放置1200kg重物在称重平台不同位置,获取称重系统测量值。通过测试统计,该系统的偏载误差为±0.8kg,重复测量误差为±1kg。通过液压加载装置进行动态称重试验,试验结果表明,该装置在匀速加载时,称重精度误差能达到0.04%;在匀速卸载时,称重精度误差能达到0.02%,能够满足实际生产需要。