CN1054829A - 电子秤 - Google Patents

Abstract

PID控制电子秤，包括测重托盘，托盘限位器以 限定托盘最低位置，位移检测器以检测托盘位移， PID运算电路及电磁力转换装置，当托盘运动被托 盘限位器限定时，PID运算电路这样运算，增加至少 一个数学系数的数值，这些系数分别地与包含在 PID运算电路执行的数学运算中过程中的比例项， 积分项及微分项相乘。

Description

本发明涉及一种电子秤，该电子秤中要被称量的重量被由电磁力转换装置产生的力所平衡。

这样的电子秤主要由自平衡伺服系统（selfequilibrating  servomechanism）构成，主要包括测重托盘，托盘位移检测器，用于测量测重托盘的位移，PID（比例积分微分）控制系统和电磁力转换装置，该装置的活动线圈部件与测重托盘机械连接。PID控制系统包括一个PID运算电路，该电路通过对与托盘位移检测器的输出瞬态值成比例的比例信号（P），与该输出值的时间积分值成比例的积分信号（I）及与该输出值的微分值成比例的微分值（D）进行计算与求和输出PID控制信号。除以上基本结构外，还具有一个托盘限位器当秤放上重物时，用于将测重托盘的位移机械地限制在限定的区间，如果没有该限位器，由于秤的形变所产生的弹性后效应，测重托盘的较大位移会使秤产生错误的测量结果。

但是，对测重托盘的活动范围的限制导致这样的缺点，当称量重物时，需要较长时间，秤才能进入平衡状态。当测重托盘的位移受到托盘限位器的限制时，不管放在测重托盘上的重量有多大，托盘位移检测器的输出都保持托盘限位器所限定的值。相应地，因为PID运算电路运算的输入信号比测重托盘自由移动以迎合放在托盘上的重物时所予期的要小对电磁力转换装置来说，就需要较长的时间产生补偿放在托盘上的较重的重物的力消除这种缺点原则上可以用下述方法：只有当测重托盘持续处于托盘限位器之上时增加PID运算电路的增益。但是，伴之而来的缺点是秤经常会引起振荡和无规律的摆动。

本发明目的在于消除带有托盘限位器的传统电子秤的上述缺点。并提供一种消除由于对测重托盘的活动范围的强行限制而产生的缺点的经改进的电子秤。

本发明的另一个目的在于构造这样一种改进的电子秤，它并不需要增加秤的内部的PID运算电路的增益。

为了达到上述目的，本发明电子秤除也包含PID运算电路和托盘限位器外，还包括用于检测测重托盘是否与托盘限位器保持接触的装置，及这样一个装置，只有当测重托盘与托盘限位器保持接触时用于增加至少积分项系数与由上述PID电路执行的数学运算中所包含的积分项相乘。

根据本发明，即使一个重的重物使得测重托盘被压下到限位器，测量过程也能平稳地进行而无需增加反应时间，并且在平衡过程中也不会产生附加的摆动。

下面将参照附图对本发明进一步详细说明。

图1显示了本发明一个实施例结构的方框图;

图2显示了本发明另一个实施例结构的方框图;

图3显示了描绘图1图2中实施例的主要功能的部分流程图;

图4显示了本发明实施例的平衡过程;以及

图5显示了具有不是象本发明那样设计的PID控制系统的电子秤的衡量过程。

参见图1，图1以方框图描绘本发明的一个实施例的基本结构，电磁力转换装置1（其公知的结构仅以可动作用力线圈13符号地表示出）具有一个与测重托盘11机械相连的可动作用力线圈13，并由PID运算电路4经过电流放大器5向其提供PID控制电流，测重托盘11的位移由托盘位移检测器2检测，并由托盘限位器12限定在一个限定的区域。托盘位移检测器2的输出信号由放大器3放大，然后同时送到PID运算电路4及电平比较器6，通过它，反映托盘位移的信号与设置在电平比较器6内部的标准信号源提供的标准信号比较。电平比较器6的输出输入到PID运算电路4以后面叙述的方式调整其运算。提供给作用力线圈13的PID控制电流在输出电阻7上转变成相应的电压。该电压经滤波器8转送至模/数转换器9进行数字化以便在数字显示装置10显示出重量测量值。在这样的基本结构中，当测重托盘11被压到由托盘限位器12限制的可能的最低位置时，设置在电平比较器内的标准信号源输出一个略微低于前置放大器3的输出电压的值。于是，如果测重托盘11被压到上述的最低位置，电平比较器6输出一个信号加于PID运算电路4。该信号作用于PID运算电路4并增加积分项系数，与包含在由PID运算电路4执行的数学运算中的积分项相乘。

利用上述结构的实施例，如果放在托盘11上的重物很轻能保证托盘11的位移在托盘限位器12限制的区间内，因为前置放大器3的输出电压比设置在电平比较器6内的标准信号源提供的标准电压低，PID运算电路4正常运算，比例，积分及微分项被其各自的予定的固定系数所乘。

相反，当测重托盘放入重物，被压至由托盘限位器12限定的最低位置时，PID运算电路4以如前所述的增加的积分项系数运算，使提供给电磁力转换装置1的作用力线圈13的PID控制电流的增加速度增加。于是，当测重托盘11保持在被限制的最低位置时，重力被迅速补偿，使测重托盘11迅速脱离托盘限位器12，一旦托盘离开该位置，PID运算电路再次以原来的（未增加）积分项系数运算，平稳地控制秤趋于最终的平衡状态。这种以合成的PID输出曲线表示的平衡过程在图4中定性地加以描绘。与图4相比，图5显示了当PID运算电路4并非装置成以使积分项系数可以调整时的予期的PID输出曲线。从图4与图5的比较中可明确看出，按照本发明的电子秤的响应速度有了较大改进。

在该实施例中，积分项系数被来自电平比较器6的信号所改变，该实施例也可以加以修改，以便使该系数通过有意设计的软件或按照来自托盘限位器12利用同样结构以形成接触开关的接触信号来加以改变。

象在图2中方框图示的那样，本发明也可应用到使用数字化PID运算电路的电子秤中。在图2中，与图1中显示的相同的结构采用与图1相同的参考标号。按照该实施例，电磁力转换装置1的作用力线圈13被加以脉冲电流，脉冲电流通过开关装置26连续切断来自直流电流源27的直流电流获得，该脉冲电流的占空因数确定电磁力转换装置1产生的抗衡力。按照本发明，由托盘检测器2检测的托盘位移被模/数转换电路21转换成数字位移数据，然后输入进PID运算电路23输出PID控制信号。脉冲占空（duty）检测电路24连同PID运算电路23一起是微机化的（25），收到PID控制信号后，输出一系列的开关信号使开关装置26工作使提供给电磁力转换装置的作用力线圈13脉冲电流的有效幅度与PID运算电路23输出的PID控制信号相对应。

对具有如上简介的基本结构的电子秤，如果模/数转换器21输出的位移数据，对应于测重托盘11被压到由托盘限制器限定的最低位置状态时的位移值，PID运算电路23用有意设计的软件对增加的积分项系数进行运算，于是得到与图1所示的前一个实施例相似的改进的平衡反应性能。积分项系数的调整执行过程同样以部分流程图在图3中示出。

此实施例也可进行修改，以使积分项系数按照从托盘限位器11利用相同的结构以形成一个接触开关而得到的控制信号进行改变。

尽管在上述实施例中，PID控制信号通过增加积分项系数得到调整，本发明当然可以实际上通过使PID运算电路4和23以其它的增加的系数进行运算，如比例项及微分项系数，与由PID运算电路执行的数学运算中的比例及微分项相乘。

此外，本发明可以与传统的非线性控制方法结合实施，在该方法中，电子秤的控制系统的增益是按照测重托盘的位移非线性地变化的。

Claims (4)

1、一种电子秤，包括：

一个测重托盘用于接受要称量的重物；

一个位移检测器，用于检测所述测重托盘的位移并输出反映其位移的位移信号；

一个电磁力转换装置，主要由一个静态磁路及一个可动作用力线圈构成，所述线圈可在静态磁路形成的磁隙中运动并与所述测重托盘机械连接；

一个PID运算电路，根据所述的位移信号输出一个控制提供给所述可动作用力线圈电流的PID控制信号；

一个托盘限位器，用于限制所述的测重托盘的位移，以使所述的测重托盘不会超出予定的最低位置；以及

一个电子装置，当所述的测重托盘停于所述的最低位置时，输出一个PID运算调整信号，使系数增加，与由所述的PID运算电路执行的数学运算中的至少积分项相乘。

2、一种电子秤，包括：

一个测重托盘，用于接受要测量的重物;

一个位移检测器，用于检测所述的测重托盘的位移并输出反映该位移的位移信号;

一个电磁力转换装置，主要由静态磁路及一个可动作用力线圈组成，该作用力线圈可运动地处在所述的静态磁路的磁隙中，并且与所述的测重托盘机械连接;

一个开关装置，通过开关由直流恒流源提供的恒定的直流电流向所述的可动受力线圈提供脉冲电流;

一个数字PID运算电路，按照所述的位移信号输出数字化PID控制信号;

占空因数确定电路，用于确定所述脉冲电流的占空因数，以使所述的脉冲电流的有效幅度对应于所述的PID控制信号，并按照所述的PID控制信号，输出一系列的开关信号使所述的开关装置工作;

一个托盘限位器，用于限制所述测重托盘的位移，使托盘不超过预定的最低位置;以及

一个电子装置，用于当所述的测重托盘停于所述的予定的最低位置时输出一个PID运算调整信号，使与包含在由所述的PID运算电路执行的数学运算中的至少其积分项相乘的系数增加。

3、根据权利要求1或2所述的电子秤，其中所述的PID运算调整信号是由将所述的位移信号与予定的标准信号进行比较的比较器输出的。

4、根据权利要求1或2所述的电子秤，其中所述的位移信号的予定电平用来作为所述的PID运算调整信号。

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