CN114593117A - 基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量系统及方法 - Google Patents

基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量系统及方法。通过压力采集模块获取举升液压缸液压回路压力模拟量数值，通过压力采集模块获取举升液压缸液压回路压力模拟量数值，将压力数字量数值送至主控制模块，利用最小二乘法通过线下标定的方式得到压力‑载荷关系式，主控制器模块根据压力数字量根据压力‑载荷关系式计算得到载荷重量，CAN总线通讯模块将主控制器模块计算的载荷重量通讯至叉车仪表显示模块，叉车仪表显示模块将载荷重量进行显示。本发明具有原理简单、实现方便，对叉车结构和外观无影响的优点，可很好地满足高货位叉车对载荷重量测量的要求。

Description

基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量系统及方法
技术领域
本发明涉及了一种叉车载荷间接测量系统和方法，尤其涉及一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷测量系统及方法。
背景技术
叉车货叉举升的原理为：电机带动液压泵驱动液压缸运动，进而通过链条带动货叉完成举升运动。根据叉车举升系统的动力传递过程，可分别在电机、传动链条及货车处安装相应传感器，实现叉车负载重量的直接或间接测量。常用的几种叉车载荷重量测量方案如下：
(1)末端直接式载荷重量测量。此种方式通过直接在货叉上安装压力传感器，实现举升负载的直接测量，是一种高精度直接式称重方式。由于叉车在作业过程中需要实时运动，且举升负载一般较大，安装较为困难，一般需要改变货叉机械结构，对货叉强度有一定影响。
(2)前端机械式载荷重量测量：此种方式通过在传动链条上安装拉力传感器，根据测量链条拉力通过简单计算得到货叉负载重量，是一种精度尚可的间接式称重方式。此种方式一方面改变了叉车链条的基本机构，对叉车的可靠性有所影响，另一方面，拉力传感器信号线与中部仪表显示盘的有线连接对于叉车的美观及作业安全也有一定的影响。
(3)后端电气式载荷重量测量：此种方式通过在电机控制系统中安装电流传感器，根据测量电机电流计算得到货叉负载重量，是一种间接式称重方式。一般举升液压系统由三相异步电机实现驱动，而三相异步电机模型复杂，且存在着温漂等非线性现象，通过建模计算得到负载重量较难实现，因此，此种称重方式只是一种理论方案，工程实现较为困难。
综上可知，末端直接式、前端机械式载荷重量测量方式是工程可实现的三种叉车称重方案，但会对叉车结构和外观有一定改变，可用于贸易结算型叉车。
发明内容
以高货位叉车载荷重量间接测量为目的，针对前端链条式间接测量及末端压力传感器直接测量存在的改变叉车结构和外观的问题，本发明的目的在于提供一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷测量，具有原理简单、实现方便，对叉车结构和外观无影响的优点，可很好地满足高货位叉车对载荷重量测量的要求。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一、一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量系统：
所述的载荷重量测量部件包括压力采集模块、模数转换模块、主控制器模块、最小二乘拟合拟合模块、CAN总线通讯模块、叉车仪表显示模块；压力采集模块通过模数转换模块与主控制器模块连接，主控制模块通过CAN总线通讯模块与叉车仪表显示模块连接，最小二乘拟合拟合模块为线下软件模块，用于计算得到压力-载荷关系式，通过软件烧写形式将压力-载荷关系式烧写到主控器模块中。
所述的主控制器模块采用DSP主控制器。
二、一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量系统：
所述的压力采集模块采用单晶硅式液体压力传感器。
4、应用于权利要求1-3任一所述系统的一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量方法，其特征在于，方法步骤为：
S1：通过压力采集模块获取叉车中的举升液压缸液压回路压力模拟量数值，并发送到模数转换模块；
S2：通过模数转换模块将压力模拟量数值转换成压力数字量，将压力数字量数值送至主控制模块；
S3：主控制模块利用最小二乘法通过线下标定的方式得到压力-载荷重量关系式，主控制器模块根据压力数字量输入压力-载荷关系式计算得到载荷重量，通过CAN总线通讯模块将主控制器模块计算的载荷重量通讯至叉车仪表显示模块；
所述的压力-载荷重量关系式具体是事先由叉车在已知载荷情况下工作获得压力数字量而建立获得。
S4：叉车仪表显示模块将载荷重量进行显示。
所述的步骤S3中，压力-载荷关系式具体如下：
建立举升载荷重量m和叉车中的举升液压缸液压回路的压力数字量数值p线性关系，并拟合获得零点漂移量β和比例系数α获得压力-载荷关系式：
m＝αp+β
其中，α为比例系数，β为零点漂移量，通过测试数据利用拟合计算方式求得。
所述通过测试数据利用拟合的方式求得比例系数α和零点漂移量β，具体为：
针对测试数据的一组样本点为(pi,mi)，i＝0,1,2,3,…,n，i表示样本点序数，pi表示第i个压力数字量数值，mi表示第i个压力数字量数值，对每个样本点的残差进行加权：
Figure BDA0003333922880000031
其中，λi为样本点(pi,mi)的残差加权系数，满足以下公式
Figure BDA0003333922880000032
以比例系数α和零点漂移量β为待定系数，以样本点加权后的残差平方和设置待定系数的二元函数：
Figure BDA0003333922880000033
设置加权后的残差平方和最小，满足以下公式：
Figure BDA0003333922880000034
由上面一二元一次方程组中带入测试数据求得比例系数α和零点漂移量β。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明对叉车结构和外观无影响的优点。
2、本发明原理简单、成本低廉、便于工程实现。
3、本发明扩展性强，可通过设计智能算法，对载荷重量-压力关系式进行更加准确的拟合，从而提高载荷重量测量精度。
附图说明
图1是本发明的载荷重量测量系统组成图。
图2是本发明的叉车举升载荷过程中的受力示意图。
图3是本发明的载荷重量测量方法流程图。
图4是本发明的载荷重量-压力拟合结果图。
图中：1、压力采集模块，2、模数转换模块，3、主控制器模块，4、最小二乘拟合模块，5、CAN总线通讯模块，6、叉车仪表显示模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。
如图1示，载荷重量测量部件1包括压力采集模块1、模数转换模块2、主控制器模块3、最小二乘拟合拟合模块4、CAN总线通讯模块5、叉车仪表显示模块6；压力采集模块1通过模数转换模块2与主控制器模块3连接，主控制模块3通过CAN总线通讯模块5与叉车仪表显示模块6连接，最小二乘拟合拟合模块4为线下软件模块，用于计算得到压力-载荷关系式，通过软件烧写形式将压力-载荷关系式烧写到主控器模块3中。
具体实施中，主控制器模块3采用FPGA，压力采集模块1采用单晶硅式液体压力传感器。
如图3所示，本发明的实施例如下：
方法步骤为：
S1：通过压力采集模块1获取叉车中的举升液压缸液压回路压力模拟量数值，并发送到模数转换模块2；
S2：通过模数转换模块2将压力模拟量数值转换成压力数字量，将压力数字量数值送至主控制模块3；
S3：主控制模块3利用最小二乘法通过线下标定的方式得到压力-载荷重量关系式，主控制器模块3根据压力数字量输入压力-载荷关系式计算得到载荷重量，通过CAN总线通讯模块5将主控制器模块3计算的载荷重量通讯至叉车仪表显示模块6；
如图2所示，举升载荷重量为m，液压缸举升力为F，并设货物举升加速度为a，当地重力加速度为g，进行压力载荷关系分析。
考虑到货叉液压缸及货车自重等因素影响，建立举升载荷重量m和叉车中的举升液压缸液压回路的压力数字量数值p线性关系，并拟合获得零点漂移量β和比例系数α获得压力-载荷关系式：
m＝αp+β
其中，α为比例系数，β为零点漂移量，通过测试数据利用特定的拟合计算方式求得。
针对测试数据的一组样本点为(pi,mi)，i＝0,1,2,3,…,n，i表示样本点序数，pi表示第i个压力数字量数值，mi表示第i个压力数字量数值，对每个样本点的残差进行加权，提高大负载条件下的称重精度：
Figure BDA0003333922880000041
其中，λi为样本点(pi,mi)的残差加权系数，满足以下公式
Figure BDA0003333922880000051
以比例系数α和零点漂移量β为待定系数，以样本点加权后的残差平方和设置待定系数的二元函数：
Figure BDA0003333922880000052
设置加权后的残差平方和最小，满足以下公式：
Figure BDA0003333922880000053
由上面一二元一次方程组中带入测试数据求得比例系数α和零点漂移量β。
实施例的最终拟合结果获得的压力-载荷关系式如图4所示。
S4：叉车仪表显示模块6将载荷重量进行显示。
由此实施可见，本发明具有原理简单、实现方便，对叉车结构和外观无影响的优点，可很好地满足高货位叉车对载荷重量测量的要求。

Claims (6)

1.一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量系统，其特征在于：所述的载荷重量测量部件(1)包括压力采集模块(1)、模数转换模块(2)、主控制器模块(3)、最小二乘拟合拟合模块(4)、CAN总线通讯模块(5)、叉车仪表显示模块(6)；压力采集模块(1)通过模数转换模块(2)与主控制器模块(3)连接，主控制模块(3)通过CAN总线通讯模块(5)与叉车仪表显示模块(6)连接，最小二乘拟合拟合模块(4)为线下软件模块，用于计算得到压力-载荷关系式，通过软件烧写形式将压力-载荷关系式烧写到主控器模块(3)中。
2.根据权利要求1所述的一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量系统，其特征在于：所述的主控制器模块(3)采用DSP主控制器。
3.根据权利要求1所述的一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量系统，其特征在于：所述的压力采集模块(1)采用单晶硅式液体压力传感器。
4.应用于权利要求1-3任一所述系统的一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量方法，其特征在于，方法步骤为：
S1：通过压力采集模块(1)获取叉车中的举升液压缸液压回路压力模拟量数值，并发送到模数转换模块(2)；
S2：通过模数转换模块(2)将压力模拟量数值转换成压力数字量，将压力数字量数值送至主控制模块(3)；
S3：主控制模块(3)利用最小二乘法通过线下标定的方式得到压力-载荷重量关系式，主控制器模块(3)根据压力数字量输入压力-载荷关系式计算得到载荷重量，通过CAN总线通讯模块(5)将主控制器模块(3)计算的载荷重量通讯至叉车仪表显示模块(6)；
S4：叉车仪表显示模块(6)将载荷重量进行显示。
5.根据权利要求4所述的一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量方法，其特征在于：所述的步骤S3中，压力-载荷关系式具体如下：
建立举升载荷重量m和叉车中的举升液压缸液压回路的压力数字量数值p线性关系，并拟合获得零点漂移量β和比例系数α获得压力-载荷关系式：
m＝αp+β
其中，α为比例系数，β为零点漂移量，通过测试数据利用拟合计算方式求得。
6.根据权利要求5所述的一种基于举升液压缸压力测量的叉车载荷重量测量方法，其特征在于：所述通过测试数据利用拟合的方式求得比例系数α和零点漂移量β，具体为：
针对测试数据的一组样本点为(pi,mi)，i＝0,1,2,3,…,n，i表示样本点序数，pi表示第i个压力数字量数值，mi表示第i个压力数字量数值，对每个样本点的残差进行加权：
Figure RE-FDA0003598039020000021
其中，λi为样本点(pi,mi)的残差加权系数，满足以下公式
Figure RE-FDA0003598039020000022
以比例系数α和零点漂移量β为待定系数，以样本点加权后的残差平方和设置待定系数的二元函数：
Figure RE-FDA0003598039020000023
设置加权后的残差平方和最小，满足以下公式：
Figure RE-FDA0003598039020000024
由上面一二元一次方程组中带入测试数据求得比例系数α和零点漂移量β。
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