公路车辆动态称重系统解决方案

E5 %
F BHG A’G
N"A$*
#5
G* 7
+#A’
#5
+%A’
%
则 式 "I$简 明 为
M"A$* CN"A$O"A$ O"A$* AP"A’ #$ "Q$ 变 M"A$为差分
MR*98%<.R’.R’E=*EC98%D.R*EC()2 "S$
E5 %
终值定理
FBHG C
TUVMR*
RW X
TUV"A’
数 B4 与 9;8;67;:5 (,%7;."/7$;D."/7$有 关0C 为 数 据采样周期3
两边同乘以 #’A’E1整理后得
E5 %
F BHG A’G
"#’A’
E$98%."A$*
G* 7
#5 +#A’
#5 +%A’ %
C #’A’
#
"I$
式 中!BHG 为 参 数1与 9;8;67;:5 (,%7;."/7$;D."/7$;
\Y
\Y \]T^36 Z测量值[ Z测量值[ \Y
AW #
#$M"A$*
G* 7
#5+#5
+%
"Y$
E5 %
因此
F BHG
()2*
# G* 7 E #5 +#5
+%
由 此 式 可 以 看 出1动 态 称 重 转 化 为 瞬 时 速 度 的
测量和 系统 参数 的 辨 识 问 题1对 高 精 度 测 量 车 速 是
很 方便 的3 为 使 模 型 清 晰1同 时 增 加 输 入 端 白 噪 声
()2"/7$有关0E 为正整数1其选择从理论上讲只要
大 于 #即 可1在 实 际 应 用 中 E 的 确 定 取 决 于 JKL
系 统 的 分 辨 率 和 采 样 频 率1在 本 文 的 实 验 中 取 为
#71其 选 择 结 果 对 计 算 结 果 影 响 不 大 3
令 !M"A$* "#’ A’ E$98%."A$
图 4 称台受力状况
式 中 !:为 承 载 板 转 动 惯 量 067 为 折 合 到 传 感 器 端 的 等效阻尼3
由 式 "#$;"%$得
<:5 (,%=--%/.% 5 678% --./5 98%.* (), "4$ 对 于 式 "4$时 变 系 统 1无 法 应 用 传 统 的 控 制 理 论 进 行分析1目前 也 没 有 比 较 成 熟 而 且 较 实 用 的 处 理 方 法 1所 以 在 分 析 过 程 中 采 用 分 段 线 性 化 1把 时 变 非 线 性 系统看成多 个 时 间 间 隔 的 线 性 系 统1以 简 化 分 析 过程3假设在一个小时间段</71/75>/=1式 "4$可 以简化为
ZR1重 写 式 "Q$差 分 方 程
E5 %
F MR*’ +#MR’# ’ +%MR’% 5
BHG OR’GC 5 ZR "[$
G* 7以 看 出 这 是 一 个 典 型 的 ]^L] 模 型1根据一段 JKL 系统的检测信号1例如1从 RC 到 "R5#$C共 #5 #个 点 估 计 出 参 数 +#;+%;BHG 1G_ <71 E5 %=1但 这 和 通 常 的 参 数 辨 识 是 有 区 别 的 1这 里 的 输 入 是 给 定 的 阶 跃 序 列 1输 出 则 属 于 过 渡 过 程 1非 常 短 暂 3 如 果 根 据 通 常 的 辨 识 理 论 1阶 跃 输 入 属 于 一 阶 激励信号意味着参数的可辨识条件没有满足3实际 上 1这 决 不 意 味 着 参 数 不 可 辨 识 1只 要 选 择 合 适 的 算 法 以 避 免 某 些 形 式 上 的 困 难 即 可 "如!协 方 差 矩 阵 的 求逆$1完全可以获得有明确意义的结果1而递推最小 二乘法正适合于这一情况1因为它不需要对该矩阵求 逆 3 至 于 可 辨 识 性 条 件 的 分 析 1可 参 阅 文 献 <4=;<?=3
&’ ()*’ (+’ (,--%/.%
"#$
式 中!& 为 承 载 板 对 车 轮 的 作 用 力0+为 科 氏 加 速
度1+* %--./21车 辆 以 正 常 速 度 行 驶 时 +很 小 可 不 计3
图 # 动态称重原理
"%$承载板受力"见图 4$
图 % 车轮受力状况
’ &,5 678% --./5 98%.*’ :--%/.% "%$
X9
西安公路交通大学学报
7996年
由 于 在 上 述 推 导 过 程 中!对 时 变 非 线 性 方 程 采 用 分段线性化的 处 理 方 法!而 实 际 模 型 则 是 随 时 间 改 变的!在算法 的 选 择 上 应 采 用 限 定 记 忆 的 最 小 二 乘 法 !这 样 随 着 时 间 的 推 移 !不 断 补 充 新 的 信 息 丢 弃 旧 的 信 息 "同 时 考 虑 短 数 据 且 含 有 白 噪 声 的 状 况 !参 数 辨 识方法可采用 #$%& 算 法!有 兴 趣 的 读 者 可 参 阅 文 献 ’()*’+)"
目 前 动 态 称 重 系 统 虽 然 结 构 形 式 多 样H但 就 其 称重原理而言都是通过承载板利用传感单元检测到
重 力信号H而后 对 该 信 号 作 简 单 的 滤 波 处 理 得 到 轴 载 K因 此 H目 前 各 种 形 式 的 动 态 称 重 系 统 H严 格 地 讲 H 只能 算 是准动态 称 重H这 是 因 为 现 有 的 称 重 系 统 仅 对 称重信号作简 单 的 数 学 滤 波 处 理H而 缺 乏 更 深 一 层 次 的信号处理 技 术H所 以 这 需 较 长 的 承 载 板 或 较 低 的车辆通过速 度H以 保 证 信 号 经 过 一 定 时 间 的 衰 减H稳定到一定程度才开始计量处理 K ’!( 为此H必须 寻求新的测量方法以及动态信号的处理方法K限于
在车辆正常 行 驶 中H测 量 车 辆 的 轴 载 和 其 它 交 通 数 据 对 于 公 路 的 规 划"设 计"施 工"营 运"养 护"执 法 和 投资具有重 要 的 意 义H同 时 车 辆 的 轴 载 对 公 路 具 有 很 大 的 破 坏 作 用 K已 经 证 明 H道 路 的 破 坏 与 轴 载 呈 $次 方 指 数 关 系H即 单 轴 等 效 轴 载 #p$h% C轴 重 &F;"EG$ ’"(H为 此 世 界 上 发 达 国 家 都 很 重 视 车 辆 动 态称重 系 统 C)7.12A.)Aw&9.&)简 称 )NwG的 研 究H 中 国 公 路 研 究 部 门 也 于 *八 五 +期 间 开 始 了 初 步 的 尝 试K
."A$*(),7
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B#A’ #5 B%A’ % #5 +#A’ #5 +%A’
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式 中!参 数 +#;+%;B#;B% 与 9;8;67;:5 (,%7 有 关0参
摘 要@提出了一种新的车辆动态称重系统解决方案K首先导出测量模型H然后提出利用 LMN: 算
法 进 行 参 数 识 别 H并 进 行 了 模 型 实 验 H证 明 了 该 方 案 的 可 行 性 K
关 键 词 @动 态 称 重 O建 模 O系 统 辨 识
中 图 分 类 号 @5$D!?J!"
文 献 标 识 码 @=
在 ,$-, 参 数 识 别 的 问 题 中!通 常 选 择 输 出 变量的延迟作为辅助变量!即.取 /012034!则辅助变 量矩阵
= 3 20366 3 20367 8 3 2034 ?
501
3 203 69 ;
3 20366 8 3 20:634
;
;
;
>3 20:<366 3 20:<367 8 3 20:<34@ 此 时 43 69大 于 待 识 别 的 参 数 个 数 A!本 文 计 算 时 取为 6B"
M: 7
L 式中.J为待识别的参数!J1’K6!K7! OPN )" N1 9
M: 7
L 有了 K6*K7和 OPN 以后!就已解决了动态称重 N1 9
问 题!在 每 一 步 递 推 末 了!均 有
QRS1
6 M
T
M: 7
L OPN
N1 9
6:K6:
K7!S
可
以
通
过
独
立
的
传
感
器
检
测
到
"最
后
!
对求得的 QR序列求均值!即可得车辆稳态轴载"
收 稿 日 期万@!方###数A#BA据!#
作者简介@凌 杰C"DEFAGH男H安徽砀山县人H长安大学博士生
篇 幅 H本 文 先 就 第 一 个 问 题 提 出 解 决 方 案 H该 方 案 基 于控制理论中不同的系统具有不同的动态特性K