基于PELM的阵列式皮带秤关于物料计量误差的建模与补偿

高凯瑞

唐山曹妃甸煤炭港务有限公司 河北唐山 063200

电子皮带秤是一种在皮带输送机输送过程中可以连续自动称重物料的测量设备。其主要特征在于称重过程是连续的和自动的，并且通常可以在没有操作员干预的情况下，独立完成称重操作。对于企业而言，大规模连续散装物料交易的公平性和有效性将直接影响企业的经济效益。要想长期保持电子皮带秤的一定精度，保证产品质量，就需要考虑安装位置、安装质量和操作环境条件等因素，同时工作人员还要注意日常维护和校准的相关周期。因此，电子皮带秤校准方法和校准周期是当前工作人员关注的重点内容。

1 PELM的阵列式皮带秤的发展现状

据研究可知，电子皮带秤是散装物料的连续累积称重设备。在物料的散装运输过程中，电子皮带秤是进行连续计重测量的最佳方式。随着现代信息技术的飞速进步，市场对电子皮带秤的误差精度及稳定性需求愈发严格。皮带秤进行各种改进以提高精度及稳定性，其中最为关键的就是改进皮带秤的机械结构和使用软件误差补偿[1]。随着现代信息技术和计算机技术的发展，越来越多的皮带秤研究人员发现，阵列皮带秤依靠多辊组合，可以在很大程度上提高精度。研究人员从简支梁结构中获得更准确的误差公式，但据此所得出的数据仅适用于单托辊秤体结构，据此就需要使用叠加原理导出误差模型，同时工作人员通过测试数据来调整误差率系数，最终达到减小实际作业过程中水平力效应的效果。

然而，除了建立精确的机械模型外，还要运用可靠的软件误差补偿技术来精确补偿皮带秤，方可实现补偿的有效性。据研究可知，软件误差补偿技术是提高皮带秤称重精度的主要措施，也是增强其适应环境能力的重要途径。基于现有的机械模型，基于高效测量方法对皮带秤精度较大误差来源进行数据汇总，然后结合有效的大数据，使用合适的建模方法来建立其与皮带精度影响的关联性，工作人员可以通过软测量方法，获得难以检测的变量[2]。在现代信息技术的支持下，多传感器信息融合尺度误差补偿可以利用径向基函数神经网络，有效控制称重传感器输入进而实现称重误差的补偿，与此同时采用LM算法进行网络训练，提高模型补偿性能。需要注意的是，皮带秤的瞬时称重是未知的，所以皮带秤的称重误差补偿模型的输入与整个过程息息相关。

2 阵列式皮带秤的基本理论分析

电子皮带秤采用单托辊结构，只有一个称重辊，故影响电子皮带秤重力偏差的因素是比较多的，其中最为关键的就是“皮带效应”[3]。“皮带效应”是指由传送带的张力、称重辊的非准直度、传送带的刚度等都会引起一定的误差。在研究皮带秤的称重误差时，大多数研究都是基于具体的理论，因为皮带秤的惯性矩变化很小，此时研究人员需要利用最小势能原理和变分原理进行推导，然后对于理论知识进行扩展，最后可以得到阵列皮带秤的误差补偿模型。

内力理论是主要的理论基础，阵列皮带秤由几个对垂直力敏感的单点悬挂称重单元所构成，而且每个称重单元由两个称重辊和一个单点悬挂称重传感器组合而成，每两个称重辊可以连接到相同的单点传感器，每个称重单元进行对应的叠加。因此，在获得单个重力误差后，可以扩展到阵列皮带秤。称重部分的每个称重辊具有对应的悬挂称重单元，N个称重单元可以在传送带运动方向上产生对应的张力，但是数值是比较小的，这也就意味着此时传送带受力均匀[4]。该理论同样表示，阵列皮带秤可以忽略皮带张力和中间内部所带来的影响，非准直误差补偿可以消除这一效应，提高最终的精度，可以有效进行称重误差补偿，降低阵列皮带秤托辊的刚度，节省安装成本，同时也可以减小模型的复杂性，增强模型的误差补偿性能。

3 基于PELM的阵列式皮带秤关于物料计量误差的建模与补偿

大多数误差补偿是基于理论数学公式形成的线性或非线性回归模型。然而，由于皮带秤的工况条件较复杂，制约因素较多，所以传统的基于理论公式线性或非线性回归分析的误差补偿难以满足具体的要求，工作人员无法得知隐藏设备参数或环境参数对皮带秤精度可能产生的影响。除此之外，工作人员目前所使用的传统的监督学习方法难以获得误差补偿模型，这主要是因为误差补偿模型输出取决于持续一段时间的输入过程，而且主要会涉及到过程神经网络和传统神经网络等多方面的内容，PNN与传统神经网络之间具有显著的差异，所以进行两端输送带的张力测量时需要采用不同的方式[5]。当皮带秤以稳定的流速运行时，两端皮带的张力都是比较小的，所以可以适当地降低皮带张力取样频率，此时保持两端检测数据时序一致，在此基础上对最大垂度检测数据的进行降噪处理，将得到的皮带张力值作为PELM的输入量。

4 结语

基于“内力理论”，可以发现阵列皮带秤的称重精度主要与双侧称重辊组的皮带张力等因素具有密切联系，在此基础上工作人员对传统的PNN进行了完善，并导入ELM训练算法，在此基础上可以构建出一种基于PELM的阵列式带尺度误差补偿模型。该模型通过对于“内力理论”的应用，可以有效减小补偿输入数据的特征尺寸，同时通过进行称重误差补偿试验，也有效证明PELM阵列式皮带秤误差补偿模型的实用性。