[发明专利]消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法

说明书

本发明提供一种消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，该方法包括：S1、确定STFT窗口大小；S2、建立系统模型；S3、卡尔曼滤波；S4、STFT求解信号周期；S5、滑动平均滤波；S6、重复步骤三至步骤五。通过对称重传感器输出信号中所包含的真实信号、随机误差和波浪激励误差进行处理，成功识别并消除了称重传感器输出信号中由于外部波浪激励造成的周期性误差及随机误差，充分提高了混凝土搅拌船计量系统的计量精度。

技术领域

本发明涉及海上物料计量领域，尤其是涉及一种消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法。

背景技术

随着海洋基础设施建设的发展，船载式混凝土搅拌站得到了广泛的应用。对于船载式混凝土搅拌站来说，配料计量是其精度要求最高的核心功能。当船载式混凝土搅拌站在波浪激励下进行生产作业时，船舶由于波浪的激励会产生升沉、横摇、纵摇、横荡、纵荡的复合运动，进而导致其计量系统失准。

称重传感器的作业原理是检测被称物对称重传感器的压力或拉力，在进行静态称重时，即被称物和称重传感器处于相对静止状态，此时称重结果相对准确，其误差仅与称重传感器的精度相关；当船载式混凝土搅拌站在波浪激励的作用下时，会使称重传感器检测到由于波浪激励而导致被称物产生的升沉加速度、横荡加速度、纵荡加速度、横摇角加速度和纵摇角加速度，即被称物与称重传感器之间会发生相对运动，进而导致称重传感器检测到的被称物的重量会实时发生变化。在上述过程中，称重传感器的称重精度无法满足混凝土生产相关规范的要求。

目前中国专利CN112985557A中提出一种用于船舶的物料计量装置，可实现船舶上的物料进行高精度计量，固体物料(骨料、粉料)或者液态物料通过修正设备的修正算法消除浪涌对称重称重传感器的影响，从而有效提高混凝土搅拌船物料计量系统精度。然而该专利是通过物料重量测量值和标准质量块的重量测量值之间的计算实现精准测量，需要布设多个传感器，以及相应的承重设备，结构复杂，同时在实施中容易收到外部干扰导致测量不够精准的情况，故而提出一种消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法解决上述问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，能够有效消除由于周期性波浪激励所造成的周期性误差，从而提高称重精度，保证混凝土配料计量精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：消除波浪激励误差的混凝土搅拌船计量方法，该方法包括：

S1、确定STFT窗口大小，根据先验数据确定STFT滑动窗口的大小；

S2、建立系统模型，根据步骤1构建称重系统模型；

S3、卡尔曼滤波，通过构建的称重系统模型进行传统卡尔曼滤波；

S4、STFT求解信号周期，对通过传统卡尔曼滤波的信号进行短时傅里叶变换，并通过对其能量谱分布图进行分析确定由于波浪激励造成的信号周期；

S5、滑动平均滤波，通过步骤4中求得的周期和信号的采集频率共同确定滑动窗口的大小，然后对周期内的信号数据进行滑动窗口均值滤波；

S6、重复步骤三至步骤五。

优选方案中，所述STFT窗口包括的数据长度根据船舶所在海域的波浪周期的先验数据来确定。

优选方案中，所述称重系统模型包括离散状态下的受到随机误差干扰和波浪激励干扰的称重系统观测方程和状态方程，并对初始状态向量和误差协方差矩阵的进行初始化。

优选方案中，所述状态方程为：

X(t)＝AX(t-1)+R

式中，X(t),X(t-1)分别为t时刻和t-1时刻的状态量，R为过程噪声向量，R是高斯白噪声，且满足R～(0,q)，其中Q为过程噪声向量R的协方差矩阵。

优选方案中，所述观测方程为：