装载机车载自动称重仪系统研究

摘要

装载机足一种使用非常普遍的上方工机械,也是公路铁路上用于散状物料装卸的主要机种之一。目前,车载自动称重仪越来越多地被用于装载机装卸作业时对物料的动态称重。但足由于装载机作业环境一般比较恶劣,操作人员操作具有任意性,工作装置在工作时具有振动性且会受到惯性冲击,同时多铰链机构摩擦力的人小具有随机性,所以,具有较高称重准确度和稳定性的自动称重仪实现难度较大。同时市场上的自动称重仪普遍存在称重精度低、人机界面不人性化、经常需要调试标定、对操作人员有较多操作要求等缺陷。据此,本课题拟对自动称重仪系统进行全面研究,并设计一套有较高称重精度和可靠性的、具有友好人机界面的自动称重仪系统。
　　 本文对国内外现有自动称重仪称重方案和理论进行了调研,结合典犁 ZL50型装载机的系统与典型工况,提出了一套基于卡特彼勒称重算法模型的改进型分区间固定角度预标定称重算法。同时提出了一种分段搜索有效匀速段的方案用于解决动臂角加速度带来的惯性力问题。此外,本课题对一种多项式回归算法进行了研究,并将之运用于动态称重过程的数字滤波。对于称重系统的动态补偿问题,本课题分别从速度、偏载以及温度等方面进行分析,并给出了相应的解决方案。对于离散数据的插值问题,本课题采用了一种结合最小二乘拟合的Akima插值算法。基于对算法和应需求的考虑,本系统设计了 S3C44BOX核心主机系统,同时建立了基于 MODBUS协议 RS-485总线的dsPlC33FJ12MC201核心数字传感器网络；然后移植了嵌入式RTOS(Real Time Operating System,实时操作系统)μc/OS2.76与嵌入式GUI(Graphical User Interface,图形用户界面)系统μc/Gul3.90a,实现了自定义的汉字字库与中文输入法,然后对系统的通信接口程序进行了设计,接着基于 FSM(FiniteState Machie,有限状态机)理论设计了系统核心称重程序框架及其上层程序；最后,本课题建立了一套具有两级管理权限的HMI(Human Machine Interface,人机接口)系统。经过在陕西省韩城市某煤矿的称重实验,结果证明本课题建立的自动称重仪系统具有较好的称重精度、较高的称重稳定性以及良好的可操作性,值得进行推广应用。