[发明专利]可用于无人机质量测量台的多称重传感器在线标定方法

说明书

技术领域

本发明属于质量测量台领域，特别涉及一种可用于无人机质量测量台的多称重传感器在线标定方法。

背景技术

无人机质量测量台是利用设置在测量平台下部的多个称重传感器的空间位置信息、每个称重传感器测量的重量值和测量平台测量的总重量来判断无人机的质量。对于无人机质量测量台而言，每个称重传感器的空间位置信息是已知的，因此准确确定每个称重传感器测量的重量值和总重量值是无人机质量测量台测量能否准确测量的决定因素。

每个称重传感器根据其承受的重量值输出一电压值U，并且该电压值U与称重传感器承受的重量值G满足线性模型，该线性模型为：

G＝Uμ

式中，μ——称重传感器的输出线性比例系数。

对于向无人机、汽车衡、轨道衡、皮带秤等测量装置上，经常采用多个称重传感器共同感知一个负载重量的方法，而多个称重传感器输出的电压值U与其承受的无人机、汽车或轨道等的重量G也呈线性关系，其模型为：

μ₁U¹+μ₂U²+μ₃U³+....+μ_nUⁿ＝G

式中，其中，U¹、U²...Uⁿ表是每个所述称重传感器最终输出的电压值；μ₁、μ₂...μ_n表示每个所述称重传感器输出的电压值与其承受重量的线性比例系数；G表示无人机质或汽车或轨道测量的重量。

因此，对于无人机质量测量台其准确确定每个称重传感器测量的重量值和测量台测量总重量的关键点是确定每个所述称重传感器输出的电压值与其承受重量的线性比例系数μ。

综合上述分析，为了保证无人机质量测量台测量的准确度，对无人机质量测量台进行标定就是对无人机每个称重传感器输出的电压值与其承受的重量值的线性关系系数的标定。

在现有技术中，上述线性关系系数的标定主要包括如下两种方法：一种是单称重传感器离线标定，第二种是多称重传感器在线标定。单称重传感器离线标定是利用测力计或者标准力传感器标定，以图1所示的装置为例，将标准力传感器与待标定的力传感器串连，然后利用电机、丝杠、液压缸等传动机构对传感器施加一系列压力，压力大小可以直接通过标准测力计得到，再根据待标定传感器的输出信号就能得到其线性比例系数，这种方法需要专业的标定设备，每次标定需要在有实验条件的部门或单位进行，标定完毕后再将传感器安装至测量设备上，不但步骤繁琐，而且传感器在标定状态和测量状态不一致，可能导致实际应用是产生较大测量误差。

因此，在多传感器的工程应用上一般采用数字量求和法(DPA——Digital Parameters Addition)进行标定。该方法是一种多称重传感器标定方法，就是将各个称重传感器的输出信号进行信号调理、A/D转换，最后再由计算机采集各路数字信号，最后对数据进行累加，得到带有传感器输出线性比例系数的方程组，最后解算标定方程组得到各个传感器的线性比例系数。因此可将多称重传感器在线标定问题看作是一个线性回归问题。

现以三个称重传感器组成的测量系统为例，对数字量求和标定法的步骤进行简要说明，如图2所示：

第一步，测量工装空载时的重量，即系统皮重G0：

式中，μi——第i个称重传感器输出的线性比例系数；

Ui0——工装空载时，第i个称重传感器输出的电压值。

第二步，依次在托盘上放置总重质量为G1、G2……Gn的砝码，n≥3，得到下式：

式中，Uij——加载质量为Gj的砝码时，第i个称重传感器输出的电压值。

第三步，根据式(1)和(2)得到如下方程组：

(3)可写为如下线性方程组的形式：

Uμ＝G(4)

最后采用最小二乘估计进行解算，得到参数估计值：

μ＝(U^TU)^-1U^TG(5)