FI113696B - Procedure and arrangement for determining the weight of a mining vehicle - Google Patents

Procedure and arrangement for determining the weight of a mining vehicle Download PDF

Info

Publication number
FI113696B
FI113696B FI20002462A FI20002462A FI113696B FI 113696 B FI113696 B FI 113696B FI 20002462 A FI20002462 A FI 20002462A FI 20002462 A FI20002462 A FI 20002462A FI 113696 B FI113696 B FI 113696B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
mining vehicle
load
weight
state
model
Prior art date
Application number
FI20002462A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20002462A0 (en
FI20002462A (en
Inventor
Jarmo Puputti
Mariaana Savia
Heikki Koivo
Pauli Viljamaa
Original Assignee
Sandvik Tamrock Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sandvik Tamrock Oy filed Critical Sandvik Tamrock Oy
Priority to FI20002462A priority Critical patent/FI113696B/en
Publication of FI20002462A0 publication Critical patent/FI20002462A0/en
Priority to PCT/FI2001/000973 priority patent/WO2002039073A1/en
Priority to CA002431584A priority patent/CA2431584C/en
Priority to AU2002223697A priority patent/AU2002223697B2/en
Priority to AU2369702A priority patent/AU2369702A/en
Publication of FI20002462A publication Critical patent/FI20002462A/en
Priority to SE0301174A priority patent/SE524212C2/en
Application granted granted Critical
Publication of FI113696B publication Critical patent/FI113696B/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G19/00Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/08Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01GWEIGHING
    • G01G19/00Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups
    • G01G19/08Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles
    • G01G19/12Weighing apparatus or methods adapted for special purposes not provided for in the preceding groups for incorporation in vehicles having electrical weight-sensitive devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Transmission Device (AREA)
  • Operation Control Of Excavators (AREA)
  • Testing Of Balance (AREA)
  • Component Parts Of Construction Machinery (AREA)

Description

113696 !113696!

Menetelmä ja sovitelma kaivosajoneuvon kuorman painon määrittämiseksiMethod and arrangement for determining the weight of a mine vehicle load

Menetelmä kaivosajoneuvon kuorman painon määrittämiseksi, jos-5 sa menetelmässä kuorman paino määritetään erillisillä mittausvälineillä saatujen mittaussignaalien perusteella.A method for determining the weight of a mine vehicle load, if the method determines the weight of the load on the basis of measurement signals obtained by separate measuring means.

Edelleen keksinnön kohteena on sovitelma kaivosajoneuvon kuljettaman kuorman painon määrittämiseksi.The invention further relates to an arrangement for determining the weight of a load carried by a mining vehicle.

Kaivoskoneilla kuten dumppereilla ja kauhakuormaajilla kuljetetaan 10 räjäytyksissä irronnutta louhetta räjäytyspaikasta purkupaikkaan. Koska tämä toiminta on varsin nopeatahtista ja kuljetusmatkat ovat suhteellisen lyhyitä, on punnitus tehtävä koneen liikkuessa, jotta punnitus ei häiritsisi tuotantoa. Jat-koprosessin kannalta on puolestaan välttämätöntä tietää, minkä verran louhetta on siirtynyt jatkoprosessiin. Reaaliaikainen punnitustieto mahdollistaa kai-15 voksen materiaalivirtojen seurannan jo kaivoksen sisällä helpottaen tuotannon ohjausta ja suunnittelua. Myös koneiden ennakoivan huollon suunnittelu tulee mahdolliseksi reaaliaikaista punnitustietoa hyväksikäyttämällä.Mining machines, such as dumpers and bucket loaders, transport 10 blasted debris from the blasting site to the landfill site. Because of the high speed of this operation and the relatively short transport distances, the weighing must be carried out as the machine moves, so that weighing does not interfere with production. In turn, it is necessary for the Jat co-process to know how much quarry has been transferred to the downstream process. Real-time weighing data enables monitoring of material flows in the mine-15 already inside the mine, facilitating production control and planning. Planning preventive maintenance of machines is also possible by utilizing real-time weighing data.

Eräässä tunnetussa ratkaisussa punnitus tehdään mittaamalla kuorman aiheuttamaa sylinteripainetta nostosylinterissä, joka liikuttaa nosto-20 varsien ja kauhan tai lavan muodostamaa järjestelmää. Paine mitataan nos-tosylinterin kummaltakin puolelta useita kertoja tietyn mittausjakson aikana ja • t saatujen paine-erojen keskiarvon perusteella lasketaan kauhassa oleva kuor-: ma. Koneen kallistuksen ja nostovarsien tai lavan asennon vaikutus nos- ;· tosylinterissä mitattuun paine-eroon kompensoidaan kompensointikertoimienIn one known solution, the weighing is done by measuring the cylinder pressure caused by the load in the lifting cylinder which moves the system formed by the lifting arms 20 and the bucket or pallet. The pressure is measured on both sides of the lift cylinder several times over a given measuring period and t is averaged to calculate the load in the bucket. The effect of the machine tilt and the position of the lift arms or pallet on the differential pressure measured in the lift cylinder · is compensated by

MMMM

: 25 avulla. Laskentamenetelmä on lineaarinen ja kuorman määritys tapahtuu ko-: 25. The calculation method is linear and the load is determined by

• I• I

.· - neen liikkuessa. Mittausjärjestelmää kalibroitaessa mitataan ensin paine tyhjäl- lä kauhalla tai lavalla ja sen jälkeen käyttämällä kauhassa tai lavassa painot- » # taan tunnettua kuormaa.· While moving. When calibrating the measuring system, the pressure is first measured with an empty bucket or pallet and then the known load is weighed on the bucket or pallet.

Stabiilissa vakaassa tilassa mittausarvot saadaan suhteellisen hyvin ·; ; 30 oikein ja ajoneuvossa oleva kuorma riittävällä tarkkuudella määritettyä. On- : : gelmana on kuitenkin se, että nopeiden ja lyhyiden ajomatkojen vuoksi punni- ;· : tus pitää suorittaa ajon aikana, jolloin ajoneuvon kallistumat, ajoradassa olevat töyssyt sekä useat muut seikat vaikuttavat punnituksen lopputulokseen, ja tietyntyyppisissä tilanteissa saattaa helposti syntyä järjestelmällistä virhettä yh-• 35 teen suuntaan. Lisäksi ongelmana ratkaisussa on lineaarisen menetelmän : soveltaminen epälineaariseen systeemiin sekä se, että käytetyt apumittauk- 2 113696 setkaan eivät riitä kompensoimaan kaikkia ajonaikaisesta mittauksesta aiheutuvia virheitä painesignaalin tasossa. Yhtenä haittana on myös kiinteän mitta-usajan käyttö laskettaessa paine-eron keskiarvo vaihtelevilia jaksonpituuksilla värähtelevistä mittaussignaaleista.In stable steady state, the measurement values are obtained relatively well ·; ; 30 correctly and the load on the vehicle determined with sufficient accuracy. The problem with On-: is, however, that due to fast and short journeys, weighting has to be done while driving, where the tilt of the vehicle, bumps in the roadway and many other factors affect the weighing result, and in certain types of situations systematic error can easily occur. - • In the direction of 35 teas. Another problem with the solution is the linear method: application to a nonlinear system and the fact that the auxiliary metering set used is not sufficient to compensate for all errors in the pressure signal level due to runtime measurement. Another disadvantage is the use of a fixed measurement time to calculate an average pressure difference from measurement signals that oscillate with varying period lengths.

5 WO-julkaisussa WO99/09379 on esitetty menetelmä, jossa neuro verkkoa ja sumeaa systeemiä hyväksikäyttäen voidaan antureilla mitattujen mittaussignaalien perusteella määrittää kaivosajoneuvon kuorman paino. Mitattavia suureita voivat olla esimerkiksi kauhan tai lavan nostosylinterien sylin-teripaine, ajoneuvon kallistus sekä pituus- että leveyssuunnassa ja kauhan 10 nostovarsien tai lavan asento. Mitattujen suureiden sekä kauhan tai lavan mekaniikan mittojen ja geometrian perusteella voidaan määrittää ajoneuvossa olevan hyötykuorman paino. Neuroverkon ja sumean systeemin muodostama epälineaarinen malli johtaa parempiin punnitustuloksiin kuin edellä esitetty lineaarinen menetelmä, mutta haittapuolina tässä menetelmässä on koneen 15 kalibrointi, laskenta-algoritmin määrittämiseksi tarvittavan opetusdatan suuri määrä sekä se, että laskenta-algoritmi on konekohtainen.5 WO99 / 09379 discloses a method in which, using a neural network and a fuzzy system, the weight of a mine vehicle load can be determined on the basis of measurement signals measured by sensors. Measured quantities may include, for example, the cylindrical pressure of the bucket or platform lifting cylinders, the inclination of the vehicle both longitudinally and widthwise, and the position of the lifting arms or platform of the bucket 10. Based on the measured quantities and the dimensions and geometry of the bucket or pallet mechanics, the weight of the payload in the vehicle can be determined. The nonlinear model formed by the neural network and the fuzzy system results in better weighing results than the linear method described above, but the drawbacks of this method are machine calibration, the large amount of training data needed to determine the computation algorithm and the computation algorithm specific to the machine.

US-julkaisussa 4 919222 on esitetty menetelmä ja laitteisto lasta-usajoneuvon kuorman painon määrittämiseksi. Kuorman painon määrittäminen perustuu kauhan nostosylintereiden sylinteripaineen sekä kauhan nosto-20 varsien aseman mittaukseen kauhan noston aikana. Nostosylintereiden sylinteripaineen sekä kauhan nostovarsien aseman perusteella määritetään kuor-man painoa kuvaava signaali, josta mittauksissa esiintyvät satunnaiset pai-: :': neenvaihtelut pyritään poistamaan käyttäen käyränsovitusta ja keskiarvostus- ··. ta. Tuloksena saatua kuorman painoa kuvaavaa käyrää interpoloidaan tai : 25 ekstrapoloidaan suhteessa laitteiston kalibroinnin aikana määritettyihin käyriin .···’ kauhassa olevan kuorman painon määrittämiseksi. Julkaisussa esitetyn mene- t · III telmän haittapuolena on kuitenkin menetelmän riippuvuus kauhan nostono- ’··’* peudesta, joka täytyy ottaa menetelmässä huomioon. Lisäksi lastausajoneu- von radan ollessa erityisen töyssyinen aiheuttaen ajoneuvon huomattavaa kal- · ·: 30 listelua ei riittävän tarkan punnituksen lopputuloksen saavuttaminen onnistu.US 4,919,222 discloses a method and apparatus for determining the weight of a load vehicle. The determination of the load weight is based on the measurement of the cylinder pressure of the bucket lifting cylinders and the position of the bucket lifting arms during lifting of the bucket. Based on the cylinder pressure of the lifting cylinders and the position of the bucket lifting arms, a signal representing the weight of the load is determined from which the random variations of pressure:: are eliminated using curve fitting and averaging. ta. The resulting load weight curve is interpolated or: extrapolated to the curves determined during equipment calibration. ··· 'to determine the weight of the load in the bucket. However, a disadvantage of the method III of the publication is the dependence of the method on the bucket lifting speed, which must be taken into account in the method. In addition, when the track of the loading vehicle is particularly bulky, causing a considerable slope of the vehicle, · ·: 30 lists cannot be achieved with a sufficiently accurate weighing result.

Fl-patenttijulkaisussa 94677 on esitetty rakenteiden muodonmuu-:v. toksien mittaamiseen perustuva menetelmä rakenteisiin kohdistuvien kuormi- I t .·*·. tusten, erityisesti ajoneuvon kuorman painon, mittaamiseksi. Menetelmä sopii * · ·' staattisten, rakenteiden suhteen käytännössä paikallaan olevien taakkojen “: 35 aiheuttaman kuormituksen laskentaan mutta sitä ei voida käyttää liikkeellä ole- ' ’: van ajoneuvon kuorman laskentaan.Fl-94677 discloses deformation of structures. a method based on the measurement of toxins I t. · * ·. to measure the weight of the vehicle, in particular the load on the vehicle. The method is suitable for the calculation of * · · 'static loads practically stationary with respect to structures': 35 but cannot be used to calculate the load of a vehicle in motion.

3 113696 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan uusi menetelmä ja sovitelma kaivosajoneuvon kuorman punnitsemiseksi, jolla menetelmällä ja sovitelmalla punnitus voidaan toteuttaa riittävällä tarkkuudella myös ajoneuvon liikkuessa.It is an object of the present invention to provide a novel method and arrangement for weighing a mine vehicle, by which method and arrangement can be carried out with sufficient accuracy even when the vehicle is in motion.

5 Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että muodostetaan epälineaarinen tilamain, joka tilamalli kuvaa kaivosajoneuvon lavan tai kauhan ja nostovarsien ja niiden liikuttamiseksi käytettävien nos-tosylintereiden ja/tai kallistussylinterin sekä kaivosajoneuvon yhteyteen sovitettujen mittausvälineiden muodostamaa punnitussysteemiä ja jonka tilamallin 10 ainakin yksi tila kuvaa määritettävää kaivosajoneuvon kuorman painoa ja että määritetään kaivosajoneuvon kuorman paino mittausvälineillä mitattujen mittaussignaalien perusteella estimoimalla epälineaarisen tilamallin tiloja epälineaarisella Kalman-suotimella.The method according to the invention is characterized in that a non-linear spatial pattern is formed, which spatially determines the weight of the mining vehicle platform or bucket and lifting arms, load weight and that the mine vehicle load weight is determined from the measurement signals measured by the measuring means by estimating the states of the non-linear state model with a non-linear Kalman filter.

Edelleen keksinnön mukaiselle sovitelmalle on tunnusomaista se, ί 15 että sovitelmaan kuuluu laskentaelin, joka käsittää epälineaarisen tilamallin, | joka tilamalli on sovitettu kuvaamaan kaivosajoneuvon lavan tai kauhan ja nos tovarsien ja niiden liikuttamiseksi käytettävien nostosylintereiden ja/tai kallistussylinterin sekä kaivosajoneuvon yhteyteen sovitettujen mittausvälineiden muodostamaa punnitussysteemiä ja jonka tilamallin ainakin yksi tila on sovitet-20 tu kuvaamaan määritettävää kaivosajoneuvon kuorman painoa ja että laskentaelin on sovitettu määrittämään kaivosajoneuvon kuorman paino mittausväli-•YT neitiä mitattujen mittaussignaalien perusteella estimoimalla epälineaarisen ti- : :': lainailin tiloja epälineaarisella Kalman-suotimella.Further, the arrangement according to the invention is characterized in that the arrangement includes a calculating element comprising a nonlinear state model, | which state model is adapted to describe a weighing system formed by a mining vehicle platform or bucket and lifting arms and lifting cylinders and / or tilting cylinders used to move them, and measuring means adapted to the mining vehicle, and which state model is adapted • mining vehicle load weight based on the measurement • YT miss based on the measured measurement signals by estimating nonlinear t:: ': I borrowed spaces with a nonlinear Kalman filter.

··· Keksinnön olennainen ajatus on, että kaivosajoneuvon kuorman : 25 painon määritykseen käytetään epälineaarista Kalman-suodinta, joka estimoi ajoneuvossa olevan kuorman painoa, joka kuorman paino ei ole suoraan mi- • » tattavissa, ajoneuvoon sijoitetuilla mittausvälineillä saatujen mittaussignaalien perusteella.It is an essential idea of the invention that a mining vehicle load: 25 weight is determined using a nonlinear Kalman filter which estimates the weight of the load in the vehicle, which is not directly measurable by measurement signals from the vehicle.

Keksinnön etuna on, että käyttämällä epälineaarista Kalman- » t · • · ·: 30 suodinta saadaan muodostettua tarkempi estimaatti ajoneuvon kuorman pai- nosta, koska epälineaarisen ongelman ratkaisuun käytetään epälineaarista menetelmää, jonka avulla myös mittauksiin sisältyvän kohinan vaikutukset es-. · ·. timoituun kuorman painoon voidaan minimoida. Etuna on myös se, että mene- telmän kalibrointi on yksinkertaisempaa ja että menetelmää ei tarvitse erityi-35 sesti opettaa tunnistamaan eri massoja. Edelleen kuorman painon määritys 4 113696 tapahtuu nopeammin ja tarkemmin kuin aikaisemmin tunnetuissa menetelmissä.An advantage of the invention is that by using a nonlinear Kalman-t · • · ·: 30 filter, a more accurate estimate of the vehicle load weight can be obtained, since a nonlinear method is used to solve the nonlinear problem that also effects the noise included in the measurements. · ·. optimized load weight can be minimized. It also has the advantage that the method is simpler to calibrate and that the method does not need to be specifically taught to recognize different masses. Further, the determination of the load weight 4113696 is faster and more accurate than in prior art methods.

Keksintöä selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti kaivoksissa käytettävää dumpperia, 5 johon keksinnön mukaista menetelmää on sovellettu, kuvio 2 esittää kaavamaisesti kaivoksissa käytettävää kauhakuor-maajaa, johon keksinnön mukaista menetelmää on sovellettu, kuvio 3 esittää kaavamaisesti esimerkinomaisesti epälineaarisen Kalman-suotimen sovellusta ja laitteistoa, jota voidaan käyttää esimerkiksi kulo vion 1 mukaisen dumpperin kuorman painon määrittämisessä ja kuvio 4 esittää kaavamaisesti epälineaarisen Kalman-suotimen toimintaperiaatetta.The invention will be explained in more detail in the accompanying drawings, in which Fig. 1 schematically shows a dump truck for mines to which the method of the invention has been applied; and an apparatus which may be used, for example, to determine the load weight of the dump truck according to FIG. 1, and FIG. 4 schematically illustrates the operating principle of a non-linear Kalman filter.

Kuviossa 1 on kaavamaisesti esitetty dumpperi, jossa on pyörillä liikkuva runko 1 ja runkoon 1 takapäästään nivelillä 2 kiinnitetty lava 3. Lavan 3 15 tyhjentämiseksi sen ja rungon 1 välille on kytketty nostosylinterit 4 ja lavan 3 ollessa laskettuna ala-asentoonsa se lepää etupäästään kannattimien 5 päällä. Edelleen dumpperissa on painovoimaan perustuvat anturit 6, jotka mittaa-vat rungon 1 kaltevuutta vaakatason suhteen sekä dumpperin pituus- että leveyssuunnassa. Lavan 3 kaltevuutta rungon 1 suhteen voidaan mitata esimer-20 kiksi joko käyttämällä nivelten 2 yhteydessä olevia kulma-antureita tai mittaamalla nostosylintereihin 4 syötetyn painenesteen tilavuusmäärää ja sen perus-·· teella laskea sylinterien 4 kiinnityspisteiden ja nivelten 2 välisen geometrian avulla lavan 3 kaltevuuskulma.Fig. 1 is a schematic illustration of a dumper with a wheel movable body 1 and a pallet 3 mounted at its rear end by hinges 2 with pivots 2. Lifting cylinders 4 are connected between it and body 1 and lowered from its front end to the brackets 5 when lowered. . Furthermore, the dumper has gravity sensors 6 which measure the inclination of the body 1 with respect to the horizontal both in the longitudinal and the width direction of the dumper. The inclination of the pallet 3 relative to the frame 1 can be measured, for example, by using angle sensors connected to the joints 2 or by measuring the volume of the pressurized fluid supplied to the lifting cylinders 4 and calculating the inclination angle of the pallet 3 by geometry between the anchors.

·:· Kuviossa 2 on kaavamaisesti esitetty kauhakuormaaja, jossa on . : 25 pyörillä kulkeva runko 1 ja siihen nostovarsilla 7 nivelten 8 välityksellä kiinnitet- ,·*·! ty kauha 9, joka kääntyy nostovarsien 7 suhteen nivelten 10 ympäri. Kauhan 9 kalustamiseksi nostovarsien 7 suhteen siinä on erillinen kallistussylinteri 11 ja kauhan 9 nostamiseksi nostovarsien 7 ja rungon 1 välillä on nostosylinteri 4. Edelleen kauhakuormaajassa on kuviossa 1 mainitulla tavalla painovoimaan * *» ··;; 30 perustuvat kaltevuusmittausanturit 6, jotka mittaavat kauhakuormaajan kalte- vuuden vaakatason suhteen maan vetovoiman perusteella kauhakuormaajan sekä pituus- että leveyssuunnassa. Kauhan 9 asema rungon 1 korkeussuun-. ’ * *. nassa voidaan määrittää käyttämällä esimerkiksi nivelten 8 yhteydessä kulma- : \ antureita, joiden välittämän mittaustiedon perusteella lasketaan nostovarsien 7 it* * 35 geometriaa hyväksikäyttäen kauhan 9 nostokorkeus tämän ollessa käännetty- nä kääntösylinterinsä 11 avulla mahdollisimman pystyyn asentoon. Vaihtoeh- 5 113696 toisesti nostokorkeus voidaan määrittää myös mittaamalla sylinteriin 4 syötetyn painenesteen tilavuusmäärä, jolloin kyseisen tilavuusmäärän sekä nivelten ja sylinterin 4 pituuden perusteella voidaan nostokorkeus laskea.·: · Figure 2 is a schematic representation of a bucket loader with. : 25 wheeled frame 1 and articulated linkage 7 via articulated links 8, · * ·! ie a bucket 9 which pivots about the link arms 7 about the joints 10. In order to furnish the bucket 9 with respect to the lift arms 7, it has a separate tilt cylinder 11 and for lifting the bucket 9 there is a lift cylinder 4 between the lift arms 7 and the frame 1. Further, the bucket loader has gravity * * »··; 30 based on the inclination measuring transducers 6, which measure the inclination of the bucket loader in relation to the horizontal, based on the gravitational pull of the bucket loader in both length and width. The position of the bucket 9 in the height of the frame 1. '* *. for example, in the case of the joints 8, angle sensors can be used to measure the geometry of the lift arms 7 it * * 35 on the basis of the measurement data transmitted by using the lifting height of the bucket 9 when rotated by its pivoting cylinder 11. Alternatively, the lifting height can also be determined by measuring the volume of pressure fluid supplied to cylinder 4, whereby the lifting height can be calculated based on that volume and the length of the joints and cylinder 4.

Kuviossa 3 on kaavamaisesti esitetty esimerkiksi kuvion 1 mukaisen 5 dumpperin kuljettaman kuorman painon määritykseen soveltuva epälineaarista Kalman-suodinta hyödyntävä laitteisto, jolla dumpperin kuorma voidaan mitata ajoneuvon ollessa joko liikkeessä tai paikallaan, jolloin keksinnön mukaista menetelmää ja laitteistoa voidaan hyödyntää myös kauhakuormaajan kauhan automaattisen täytön yhteydessä varmistamaan kauhan täyttyminen. Varsi-10 naista mittausta varten käytetään mittausantureita tai mittausvälineitä, joista kaksi mittausanturia 2a ja 2b ovat esimerkiksi venymäliuska-antureita, jotka on asennettu lavan 3 nivelten 2 suhteen sopivaan paikkaan dumpperin rungon 1 molemmille reunoille. Edelleen laitteistoon kuuluu anturit 4a ja 4b nostosylinte-rien 4 painenesteen paineiden mittaamiseksi sekä nostosylinterien 4 siltä puo-15 lelta, minne painenestettä syötetään että siltä puolelta, mistä paineneste virtaa ulos. Näiden antureiden avulla saadaan periaatteessa staattisessa tilanteessa vaakasuoralla alustalla kuorman paino määritetyksi riittävällä tarkkuudella.Figure 3 schematically shows an apparatus utilizing a non-linear Kalman filter for determining the load carried by the 5 dumpers of Figure 1, which can be used to measure the dump load while the vehicle is in motion or stationary. bucket filling. For measuring the arms 10, measuring sensors or measuring devices are used, of which two measuring sensors 2a and 2b are, for example, strain gauge sensors, which are mounted at a suitable position on the two joints 2 of the platform 3 on the two edges of the dump body. Further, the apparatus includes sensors 4a and 4b for measuring the pressurized fluid pressures of the lifting cylinders 4 both on the side of the lifting cylinders 4 where the pressurized fluid is fed and on the side where the pressurized fluid flows out. In principle, these sensors enable the weight of the load to be determined with sufficient accuracy on a horizontal surface in a static situation.

Venymäliuska-antureilta 2a ja 2b tulevat mittaussignaalit viedään vahvistinten 12 kautta lavan 3 asennon laskevaan laskentaelimeen 13, joka 20 lavan 3 asento on määritetty aiemmin selitetyllä tavalla, ja josta laskentaeli-mestä 13 lavan 3 asentoa kuvaava parametri viedään epälineaarisen Kalman- • · ·'/·· suotimen toteuttavan lohkon 14 sisääntuloon. Lavan 3 asennon laskenta voi- : daan myös sisällyttää osaksi itse Kalman-algoritmia. Edelleen samaan epä- ··· lineaarisen Kalman-suotimen toteuttavaan lohkoon 14 tuodaan paineantureilta : 25 4a ja 4b tulevat mittaussignaalit, sylinterin 4 painenesteen lämpötila-anturilta .···. 4c tuleva lämpötila sekä kallistusantureiden 6 mittaama ajoneuvon kallistus, • » jotka mittaussignaalit syötetään epälineaarisen Kalman-suotimen toteuttavaan lohkoon 14. Lohkona 14 voidaan käyttää mikroprosessoria, signaaliprosessoria tai muuta vastaavaa laskentaelintä, joka voi suorittaa ennalta ohjelmoituja ··· 30 toimintoja.The measurement signals from the strain gauge sensors 2a and 2b are applied via amplifiers 12 to the lowering position calculator 13 of the pallet 3, which 20 positions of the pallet 3 are defined as previously described, and from which the parameter describing the position of the pallet 3 ·· at the input of block 14 implementing the filter. The calculation of the stage 3 position can also be included as part of the Kalman algorithm itself. Further, in the same block of the non-··· linear Kalman filter 14, the measurement signals from the pressure sensors 25 4a and 4b are supplied from the temperature sensor of the pressure fluid in the cylinder 4. ···. 4c the incoming temperature as well as the vehicle inclination measured by the tilt sensors 6, »which measurement signals are fed to block 14 implementing the nonlinear Kalman filter. Block 14 may be a microprocessor, signal processor or other similar calculating element capable of performing pre-programmed functions.

Punnitusta tehtäessä kuljettaja nostaa lavan 3 dumpperin ollessa joko paikallaan tai liikkeessä niin, että se irtoaa kuviossa 1 kuvatuista tuista 5. ·. Tällöin syttyy kuljettajan näkyviin merkkivalo merkiksi siitä, että lava 3 on pel- *’ kästään sylintereiden 4 ja nivelten 2 varassa. Tämän jälkeen kuljettaja jonkin 35 ajan kuluttua painaa punnituksen aikaansaavaa näppäintä. Punnitus voi alkaa : myös automaattisesti tietyn ajan kuluttua lavan nostamisesta. Laskentaeli- 6 113696 messä 13 lasketun lavan 3 kaltevuuskulman sekä mitattujen sylinteripainei-den, painenesteen lämpötilan ja ajoneuvon kallistuksen perusteella estimoidaan ajoneuvon kuorman paino epälineaarisen Kalman-suotimen toteuttavassa lohkossa 14. Kuviossa 3 on esitetty myös muistiyksikkö 15, johon voidaan 5 tallettaa esimerkiksi kuorman estimoitu paino ja muita kuorman painon estimoinnin aikana mitattuja, laskettuja tai estimoituja arvoja. Muistiyksikössä 15 on myös talletettuna estimointiprosessin aloittamiseksi epälineaarisen Kalman-suotimen tarvitsemat, kuvion 4 mukaisen epälineaarisen Kalman-suotimen toiminnan selityksen yhteydessä esiteltävät alkuarvot, jotka estimointiproses-10 siä aloitettaessa voidaan lukea muistiyksiköstä 15 epälineaarisen Kalman-suotimen toteuttavaan lohkoon 14. Muistiyksikkö 15 voidaan myös sovittaa osaksi laskentaelintä 14, mutta selvyyden vuoksi muistiyksikkö 15 on esitetty kuviossa 3 erillisenä komponenttina.During weighing, the operator lifts the pallet 3 with the dumper in place or in motion so that it is released from the supports 5 shown in Figure 1. In this case, the pilot light illuminates to indicate that the pallet 3 is merely supported by the cylinders 4 and the joints 2. The driver then presses the weighing button after a period of 35 years. Weighing can begin: also automatically after a certain time after lifting the pallet. Based on the inclination angle of the pallet 3 calculated in the calculating element 13 and the measured cylinder pressures, pressure fluid temperature and vehicle inclination, the vehicle load weight is estimated in block 14 implementing the nonlinear Kalman filter. FIG. 3 also shows a memory unit 15 and other values measured, calculated, or estimated during load weight estimation. The memory unit 15 also stores the initial values required to start the estimation process, which are presented in connection with the description of the operation of the non-linear Kalman filter of Figure 4, which can be read from the memory unit 15 into the the calculating means 14, but for the sake of clarity the memory unit 15 is shown in Figure 3 as a separate component.

Kuviossa 4 on esitetty periaatteellisella tasolla punnittavan kuorman 15 painon estimointiin käytettävän epälineaarisen Kalman-suotimen toiminta. Punnitussysteemin, joka käsittää kaivosajoneuvon lavan 3 tai kauhan 9 ja nos-tovarsien 7 ja niiden liikuttamiseksi käytettävien nostosylintereiden 4 ja/tai kal-listussyiinterin 11 sekä edellä kuvatut mittausvälineet, malli on dynaaminen, epälineaarinen ja diskreettiaikainen. Systeemin dynamiikkaa voidaan kuvata 20 yhtälöllä x(£ +1) = f [&, x(£)] + v(&), (1) missä x(£ + l) on järjestelmän todellinen tila hetkellä £ + 1, f( ) on systeemin tilansiirtomatriisia vastaava epälineaarinen funktio, x(fc) on todellinen systee-*:· min tila aikaisemmalla ajanhetkellä k ja vektori v(fc)on valkoista, nollakeskiar- 25 voista prosessikohinaa, joka kuvaa todellisen systeemin ja systeemistä muo-. "; dostetun mallin välistä mallinnusvirhettä, jonka odotusarvo ::* £[v(£)] = o ja varianssi E v(£)v(/)r = Q( 30 missä Q(&) on prosessikohinan eli mallikohinan kovarianssimatriisi,on Kroneckerin delta, missä SkJ =lkun k = j ja muutoin 0, ja T kuvaa matriisin ;* transpoosioperaatiota. Määritettäessä esimerkiksi dumpperin kuorman paino m voidaan systeemin mallissa huomioida esimerkiksi lavan nostosylinterien ylä- ja alapaineet py ja pa, koneen kallistus γ, lavan asento 5 ja painenes- : 35 teen, esimerkiksi hydrauliöljyn, lämpötila L. Tällöin ajoneuvon punnitussys- 7 113696 teemin epälineaarisen tilamallin eli mallin tilavektori x koostuisi kuudesta elementistä x= m,py,pa,y,s,L] .Figure 4 illustrates the operation of a non-linear Kalman filter used for estimating the weight of a load 15 to be weighed in principle. The model of the weighing system comprising the mining vehicle platform 3 or bucket 9 and the lift arms 7 and the lifting cylinders 4 and / or the tilting cylinder 11 as well as the measuring instruments described above is dynamic, non-linear and discrete. The dynamics of the system can be described by 20 equations x (£ +1) = f [&, x (£)] + v (&), (1) where x (£ + l) is the actual state of the system at time £ + 1, f () is a nonlinear function corresponding to the state transition matrix of the system, x (fc) is the real system - *: · min state at the earlier time k and vector v (fc) is white, zero-mean process noise representing the real system and systemic form. "; the modeling error between a given model and the expected value :: * £ [v (£)] = o and the variance E v (£) v (/) r = Q (30 where Q (&) is the covariance matrix of process noise or model noise is Kronecker's delta, where SkJ = number k = j and otherwise 0, and T represents the matrix; * transposition operation For example, in the system model, for example, the load weight m of the dumper can take into account the top and bottom pressures py and pa, platform tilt γ, the pressure L. 35, for example hydraulic oil, temperature L. In this case, the non-linear state model of the vehicle weighing system 7 113696, i.e. the model, would consist of six elements x = m, py, pa, y, s, L].

Näistä kaikki muut paitsi itse kuorman paino m ovat mitattavissa olevia suurei-5 ta. Yllämainituista mittauksista painenesteen lämpötilan L mittaus voidaan myös jättää pois ilman olennaista muutosta kuorman painon m estimaatin tarkkuudessa. Kuorman painon m riippuvuus mainituista mittauksista on epälineaarinen, eli kaavassa (1) esitetty punnitussysteemin dynamiikkaa kuvaava funktio f( ) on epälineaarinen. Lisäksi kuorman painon m mallia kuvaavassa 10 funktiossa f( ) voidaan huomioida muitakin tekijöitä, jotka eivät ole suoraan mitattavissa.Of these, all except the load weight m itself are measurable quantities. From the above measurements, the measurement of the pressure liquid temperature L can also be omitted without a significant change in the accuracy of the load weight estimate m. The dependence of the load weight m on said measurements is non-linear, i.e. the function f () describing the dynamics of the weighing system shown in equation (1) is non-linear. In addition, the function f () of the load weight m model 10 may take into account other factors that are not directly measurable.

Systeemin tilan ja siten myös kuorman painon m estimointi epälineaarista Kalman-suodinta käyttäen tapahtuu seuraavasti.The estimation of the system state and thus the load weight using the nonlinear Kalman filter is performed as follows.

Hetkellä k systeemin todellinen tila on x(£) 20. Todellinen tila 21 15 seuraavalla ajanhetkellä k +1 on kaavan (1) mukaisesti x{k +1) = f[/c, x(ä:)] + \(k), jota vastaava mittaus 22 hetkellä k +1 on z(k +1) = h[& +1, x{k +1)] + w (k +1), (2) missä mittausfunktio h( ) on yleisesti epälineaarinen funktio, mutta tämän 20 keksinnön puitteissa mittausfunktio h( ) voi olla myös lineaarinen, ja w(fc) on -i valkoista, nollakeskiarvoista mittauskohinaa, joka kuvaa mittauslaitteista ja mittausympäristöstä mittauksiin summautuvaa virhettä. Mittauskohinan w(&) >;.· odotusarvoon £[w(£)] = 0 * · ,···[ 25 ja varianssi . · · ·. £[wU)w(/)7 ] = R(ä:)<% , missä R(&) on mittauskohinan kovarianssimatriisi.At moment k, the true state of the system is x (£) 20. The actual state 21 of 15 at the next time point k +1 according to formula (1) is x {k +1) = f [/ c, x (ä :)] + \ (k) , corresponding to the measurement at 22 at k +1 is z (k +1) = h [& +1, x {k +1)] + w (k +1), (2) where the measurement function h () is a generally non-linear function , but within the scope of the present invention, the measurement function h () can also be linear, and w (fc) is -i white, zero-mean measurement noise, which describes an error summing up between the measuring devices and the measuring environment. Measurement noise w (&)>; · to the expected value £ [w (£)] = 0 * ·, ··· [25 and variance. · · ·. £ [wU) w (/) 7] = R (ä:) <% where R (&) is the covariance matrix of the measurement noise.

Λ - ·· Todellisen tilan x(k) 20 estimaatti x(£|fc) 23 hetkellä k on todellisen :' ’ ’: tilan ehdollisen odotusarvon approksimaatio, : *. ’. 30 x{k\k)« £|x(ä:)|Z* j, joka on muodostettu hetkeen k mennessä kertyneiden mittausten Z* = {z(l),z(2),...,z(fc)} perusteella. Jotta systeemin tilaa hetkellä k +1 voidaan . estimoida, pitää systeemin epälineaarisuudet linearisoida mallin dynamiikkaa kuvaavasta funktiosta f( ) ajanhetken k tilaestimaatin x(k\k) 23 läheisyydes- 8 113696 sä. Linearisointiin käytetään Taylorin sarjakehitelmää ja riippuen siitä, käytetäänkö sarjakehitelmästä ainoastaan ensimmäisen asteen termejä vai otetaanko mukaan myös toisen asteen termit, saadaan joko ensimmäisen tai toisen asteen suodin. Epälineaarisen funktion linearisointia käytetään myös mit-5 tauksen ennusteen z(k + \\k) 25 laskemisen yhteydessä. Taylorin sarjakehi-telmän avulla saadaan toisen asteen suotimelle esitysmuoto x(& + ) = f k,x{k\k) +ί*(£) x(k) -x(kjk) 1 », f Λ ~iT r Λ η ’ (3) + - Σ ei x(k) ~ XW*) /«(*) x(k) - x(k\k) + ΚΑΤ + vik)Λ - ·· The estimate x (£ | fc) of the real state x (k) 20 at time 23 is an approximation of the conditional expectation value of the state: '' ',: *. '. 30 x {k \ k) «£ | x (ä:) | Z * j, formed by the measurements of Z * = {z (l), z (2), ..., z (fc) accumulated up to k }. To allow system space at time k +1. to estimate, the system nonlinearities must be linearized from the model dynamics function f () in the vicinity of the state estimate of time k for time k (k \ k) 23 at 1111696. Linearisation uses Taylor series development and depending on whether the series development uses only first-order terms or whether second-order terms are included, either a first-order or a second-order filter is obtained. Nonlinear function linearization is also used in the calculation of the measurement forecast z (k + \\ k) 25. Taylor's series development gives a second-order filter of the form x (& +) = fk, x {k \ k) + ί * (£) x (k) -x (kjk) 1 », f Λ ~ iT r Λ η ' (3) + - Σ no x (k) ~ XW *) / «(*) x (k) - x (k \ k) + ΚΑΤ + wik)

^ ,=ι L J L^, = ι L J L

missä ηχ on tilojen lukumäärä, joka tämän esimerkin tapauksessa on kuusi, e, on i :s nx -ulotteinen kantavektori, jonka i :s komponentti on ykkönen ja muut 10 komponentit ovat nollia, KAT kuvaa korkeamman asteen termejä, jotka tässä tapauksessa voidaan jättää huomioon ottamatta ja *x(k) = [v,f(*,x)7']7'|x = (4) on pisteessä x(k\k) 23 laskettu vektorin f Jakobiaani 29 ja /»(*) = [νΧ/'(Μ)]χ = χ(*Ι*) (5) 15 on Hessen matriisin osa 29, joka on laskettu vektorin f / :nnen komponentin perusteella.where ηχ is the number of states, which in this example is six, e, is the i th nx dimensional base vector, with the i th component being the number one and the other 10 components being zero, KAT describes the higher order terms that can be ignored in this case excluding and * x (k) = [v, f (*, x) 7 '] 7' | x = (4) is the Jacobian 29 of the vector f at x (k \ k) 23 and / »(*) = [ νΧ / '(Μ)] χ = χ (* Ι *) (5) 15 is the part 29 of the Hessian matrix calculated from the f / th component of the vector.

; : Linearisoinnin jälkeen tilan ennuste x(k +1|&) 24 x(&-f lj&) = e\f &,x(fc|&) i + iijfj(fc) x(fc) - x(#|ä) i :;i‘ il», r Λ r r λ ij (8) : * ·.: + Σei x(k) - x(k\k) fL x(k) - x(k\k) | • · ·"* 20 hetkellä k ajanhetkelle £ + 1 saadaan yhtälön (3) ehdollisena odotusarvona, joka on muodostettu hetkeen k mennessä kertyneiden mittausten Z* perus-·· : teella, kun toista astetta korkeammat termit jätetään huomioon ottamatta nii- :: den vähäisen vaikutuksen vuoksi. Laskennan tarkkuutta voidaan kuitenkin lisä- : v. tä ottamalla toista astetta korkeammat termit huomioon. Koska ensimmäisen . · . 25 asteen termi on keskimäärin nollakeskiarvoinen sen perusteella, että x(yfc|£)«£[x(ife)|z4], ...: saadaan tilan ennusteeksi χ(& + ί|&) 24 hetkelle k +1 113696 9 x(fc + l|4 = f &,χ(*|έ) +\^eitr\f^x(k)v{k\k)\1 (7) L J 2 ,=1 missä tr -operaatio on neliömatriisin lävistäjäalkioiden summa ja P(£|&) 28 on tilan kovarianssi hetkellä k. Tilan ennustusvirhe saadaan vähentämällä yhtälöstä (3) yhtälö (7). Kertomalla näin saatu ennustusvirhe omalla transpoosil-5 laan ja ottamalla siitä ehdollinen odotusarvo mittausten Z* suhteen saadaan ennustettu tilan kovarianssi ?(k + \\k) 30 p(* + i|*) = f,(*)P(*l*)f,(*)r 1 nx r 1 (8) + 9 Σ Σ eie]^fL{k)V(k\k)fi{k)v(l^ + Q(4 Z /=1 7=1; : After linearizing, state prediction x (k +1 | &) 24 x (& - f lj &) = e \ f &, x (fc | &) i + iijfj (fc) x (fc) - x (# | ä) i:; i 'il », r Λ rr λ ij (8): * ·.: + Σei x (k) - x (k \ k) fL x (k) - x (k \ k) | • · · "* 20 at time k for time point £ + 1 is given by the conditional expectation value of equation (3) formed by Z · base · · of the measurements accumulated up to time k, with the exception of terms higher than a degree however, the accuracy of the calculation can be increased by taking into account terms that are higher than the second degree Since the term of the first. · .25 degree is an average of zero based on x (yfc | £) «£ [x (ife) | z4], ...: get the state prediction of χ (& + ί | &) for 24 moments k +1 113696 9 x (fc + l | 4 = f &, χ (* | έ) + \ ^ eitr \ f ^ x (k) v {k \ k) \ 1 (7) LJ 2, = 1 where tr is the sum of the diagonal elements of the square matrix and P (£ | &) 28 is the covariance of the state at k. The state prediction error is obtained by subtracting equation (3). (7) By multiplying the prediction error thus obtained by its own transposal equilibrium and taking its conditional expectation value for the measurements Z *, state covariance? (k + \\ k) 30 p (* + i | *) = f, (*) P (* l *) f, (*) r 1 nx r 1 (8) + 9 Σ Σ eie] ^ fL {k) V (k \ k) fi {k) v {l ^ + Q (4 Z / = 17 7 = 1

Kaavassa (7) lasketun tilan ennusteen perusteella voidaan laskea hetkellä k mittaukselle ennuste z(k +1|£) 25 ajanhetkelle k +1 10 z{k + \\k) = h & + 1,χ(& + 1|£) +“^βίί**[^(Α:)4·Ρ(Α: + ΐ(Λ)|, (9) L J 2 /=1 missä ei on i :s nz -ulotteinen kantavektori, ja tämän esimerkin tapauksessa n2 on viisi eli mittauksien lukumäärä. Todellisen mittauksen z(k + \) 22 ja mittauksen ennusteen z(k +1|£) 25 perusteella voidaan laskea mittauksen residu-aali eli innovaatio u{k +1) 26 hetkellä k +1 15 v(k +1) = z(k +1) - z{k + 4), (10) ja siihen liittyvä innovaation kovarianssi S(& + l) 31 on % ' S (k + 4) = h,(£ + l)p(fc + l\k)hx(k + l)r . * 1 »z »z (11) .:. + T Σ Σ tr[h'xx(k + 0P(* + l\k)hi(k + 0P(* + P)] + R(4 .: ^ i=i 7=1 *: missä yhtälöiden (3) - (5) kanssa vastaavasti ’··* h^(^:+ l) = + χ)Γ x = x(& + lj£) (12) » » 20 ja t ;> +1) = + l,x)]jx = i(* + 1|A). (13) :Suodattimen vahvistus W(k +1) 32 voidaan laskea kaavasta V. W(it + l) = i:[x(Ä: + l)u(Ä: + l)r|Zi], (14) missä x(£ + l)on tilan x(£ + l) 21 ennustusvirhe perustuen hetkellä 25 ί käytössä olleeseen informaatioon. Tilan päivitetty estimaatti eli tilan suoda- . tettu arvo x(k +1|k +1) 27 hetkellä k +1 perustuen hetkellä k +1 käytössä ole- » vaan informaatioon on 10 113696 x(£ + l|Jt +1) = i(jfc + l|Jt) + W(it + l)u(Jfc +1) (15) ja tilan päivitetty kovarianssi P(& + \\k +1) 33 hetkellä k +1 perustuen hetkellä k +1 käytössä olevaan informaatioon on P(* +1| Jfc +1) = P(jb +1| Jk) - W(Jfc + l)S(Jk +1) W(Jk + l)r. (16) 5 Systeemin tilan, eli tämän keksinnön mukaisesti myös kuorman painon m, estimointi Kalman-suotimella voidaan periaatteessa jakaa kolmeen osaan; tilan ennustaminen, suodattimen vahvistuksen laskeminen ja mittauksen residuaalin laskeminen, joiden perusteella voidaan laskea estimaatti systeemin tilalle, ja tässä tapauksessa erityisesti kuorman painolle m. Punnitus-10 systeemin mallin ja mittauslaitteiden epävarmuudet vaikuttavat tilan kovarians-sin kautta suotimen vahvistukseen, jolla painotetaan mittauksen residuaalia siten, että tilaestimaatin päivityksessä huomioidaan sopivassa suhteessa mittauksien antama informaatio systeemin tilasta ja systeemin mallin perusteella laskettu tila, sillä kumpikaan niistä eivät yksinään ole täysin luotettavia eli ιοί 5 dellista systeemiä vastaavia. Saatuja päivitettyjä arvoja käytetään edelleen seuraavan ajanhetken estimaatin muodostamisessa. Näitä laskentakierroksia toistetaan kunnes suotimen ulostulonaan antama tila, eli tässä tapauksessa erityisesti ajoneuvon kuorman paino m, on asettunut tietylle tasolle, joka taso täten vastaa ajoneuvossa olevan kuorman painon m estimaattia. Estimointi 20 voidaan lopettaa esimerkiksi silloin, kun kuorman painon estimaatin varianssi alittaa ennalta määrätyn raja-arvon, jota raja-arvoa voidaan muuttaa eli se on • / algoritmin parametrina. Laskennan aloittamiseksi tarvitaan tilan estimaatin al- kuarvo ί(θ|θ), alkutilaa vastaava tilan kovarianssi Ρ(θ|θ) sekä punnitussys- teemin mallin ja mittauslaitteiden epävarmuudet, jotka kaikki ovat talletettuina . ·: 25 muistiyksikköön 15, josta ne luetaan epälineaarisen Kalman-suotimen toteut- , tavaan lohkoon 14 käynnistettäessä punnitus. Alkuarvoina voidaan käyttää kyseiselle ajoneuvolle tehtaalla asetettuja arvoja. Mitattavien tilojen alkuarvoina voidaan myös käyttää ensimmäistä mittausta, jolloin varsinainen estimaatin laskenta aloitetaan toisesta mittauksesta. Se miksi estimoitu kuorman painon .··. 30 m arvo ei heti ensimmäisellä Kalman-suotimen laskentakierroksella anna oi- • » keaa tulosta johtuu laskennan aloittamisesta tilan alkuarvosta, mikä ei välttä-: mättä ole oikea. Lisäksi myös mittaussignaaleissa on varsinkin mittauksen al- kuvaiheessa erilaisia häiriöitä, jotka Kalman-suotimen pitää ensin suodattaa : pois.Based on the state prediction from equation (7), we can compute the prediction z (k +1 | £) for k at time k for 25 times k +1 10 z {k + \\ k) = h & + 1, χ (& + 1 | £) + “^ Βίί ** [^ (Α:) 4 · Ρ (Α: + ΐ (Λ) |, (9) LJ 2 / = 1 where is not the i th nz dimensional base vector and in this example n2 is Five, that is, the number of measurements, based on the actual measurement z (k + \) 22 and the measurement prediction z (k +1 | £) 25, we can calculate the measurement residual or innovation u {k +1) 26 at k +1 15 v (k +1) = z (k +1) - z {k + 4), (10) and the associated innovation covariance S (& + l) 31 is% 'S (k + 4) = h, (£ + l) p (fc + l \ k) hx (k + l) r. * 1 »z» z (11).:. + T Σ Σ tr [h'xx (k + 0P (* + l \ k) hi (k + 0P (* + P)] + R (4.: ^ I = i 7 = 1 *: where: ) - (5) respectively '·· * h ^ (^: + l) = + χ) Γ x = x (& + lj £) (12) »» 20 and t;> +1) = + l, x)] jx = i (* + 1 | A). (13): The filter gain W (k +1) 32 can be calculated from formula V. W (it + l) = i: [x (Ä: + l) u (Ä: + l) r | Zi], (14) where x (£ + l) is the prediction error for state x (£ + l) 21 based on information available at time 25 ί. Updated estimate of the state, ie the state of the filter. the set value x (k +1 | k +1) 27 at k +1 based on information available at k +1 is 10 113696 x (£ + l | Jt +1) = i (jfc + l | Jt) + W (it + l) u (Jfc +1) (15) and the updated covariance P of the state P (& + \\ k +1) 33 at k +1 based on information available at k +1 is P (* +1 | Jfc +1) = P (jb +1 | Jk) - W (Jfc + l) S (Jk +1) W (Jk + l) r. (16) 5 The estimation of the state of the system, i.e., according to the present invention, also the weight of the load m, with a Kalman filter can in principle be divided into three parts; state prediction, calculation of filter gain and measurement residual to calculate an estimate of the system condition, and in this case especially the load weight m. The uncertainties of the model and measuring equipment of the weighing-10 influence the filter cavity through the state covariance, that the state estimate update takes into account, in an appropriate proportion, the information provided by the measurements about the state of the system and the state calculated from the model of the system, since neither of them alone is completely reliable, that is, ιοί 5. The updated values obtained are still used for the next time point estimate. These calculation rounds are repeated until the space provided by the filter at the outlet, i.e. in this case especially the load m of the vehicle, has reached a certain level, which thus corresponds to the estimate of the load m of the vehicle. The estimation 20 can be terminated, for example, when the variance of the load weight estimate falls below a predetermined threshold value, which limit can be changed, i.e., it is a parameter of the algorithm. The initial state estimate ί (θ | θ), the state covariance Ρ (θ | θ) corresponding to the initial state, and the uncertainty of the weighing system model and measuring equipment, all of which are stored, are required to begin the calculation. ·: 25 to the memory units 15, from which they are read to the non-linear Kalman filter implementing block 14 upon initiation of weighing. The factory default values for this vehicle can be used as starting values. The first measurement can also be used as the initial values of the states to be measured, whereby the actual calculation is started from the second measurement. That's why the weight of the load is estimated. The value of 30 m at the very first calculation round of the Kalman filter does not give a • correct result because the calculation starts from the initial value of the state, which is not necessarily correct. In addition, the measurement signals, especially at the beginning of the measurement, also have various interferences which the Kalman filter must first filter: off.

: 35 Punnitussysteemin kalibroimiseksi ajoneuvo lastataan painoltaan tunnetulla koekuormalla. Kalibroinnin tekemiseksi riittää tyhjän lavan tai lasta- 11 113696 usajoneuvon ollessa Kyseessä tyhjän Kauhan punnitus seKä punnitus yhdellä tunnetulla KoeKuormalla, mutta myös useita painoltaan erisuuruisia KoeKuor-mia voidaan Käyttää. Kalibrointi tehdään KoneKohtaisesti. Edelleen Kalibrointi voidaan uusia Koneen Käytön aiKana Koneen iKääntymisen aiheuttamien muu-5 tosten tai Komponenttien vaihdosten aiheuttamien muutosten vaiKutusten KompensoimiseKsi. Kalibroinnin yhteydessä voidaan epälineaarista Kalman-suodinta Käyttää myös punnitussysteemin epälineaarisen mallin parametrien estimointiin.: 35 To calibrate the weighing system, the vehicle shall be loaded with a known test load. 11 113696 For Multiple Vehicles Weighing an Empty Bucket and Weighing With One Known TEST LOAD, but also several TEST LOADS of different weights can be used. Calibration is done on a Machine-by-Machine basis. Further, the Calibration may be renewed during the Operation of the Machine to compensate for the effects of changes in Machine rotation or changes in Components. Non-linear Kalman filtering can also be used during calibration. Also used for estimating non-linear model parameters of the weighing system.

Vastaavasti edellä esitetyllä tavalla punnitus voidaan tehdä Kauha-10 Kuormaajan avulla, jolloin Kauhan asema ja muut seiKat voidaan helposti ottaa huomioon. KauhaKuormaajan tapauKsessa voidaan Käyttää periaatteessa Kuviossa 3 esitettyä mittausKaaviota, jolloin vastaavasti Kauhan 9 asema rungon 1 KorKeussuunnassa ja/tai sen nostovarsien 7 Kaltevuus otetaan huomioon punnitussysteemin mallissa. Täten mallin tilaveKtori x ja systeemin dynamiiK-15 Kaa Kuvaavat funKtiot muuttuvat edellä esitetystä Kuorman painon m estimoinnin periaatteen pysyessä KuitenKin samana.Similarly, as described above, weighing can be done with the Bucket-10 Loader, whereby the position of the Bucket and other issues can be easily taken into account. In the case of a bucket loader, the measurement diagram shown in Figure 3 can in principle be used, whereby the position of the bucket 9 in the height direction of the frame 1 and / or its slope arms 7 is taken into account in the design of the weighing system. Thus, the model space factor x and the system dynamics k-15 kaa are represented by the functions described above, while the principle of load weight estimation remains the same.

PiirustuKset ja niihin liittyvä selitys on tarKoitettu vain havainnollistamaan KeKsinnön ajatusta. YKsityisKohdiltaan KeKsintö voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä Kaivosajoneuvon raKenteen ei tarvitse olla juuri 20 Kuvioissa 1 ja 2 esitetyn Kaltainen vaan olennaista on, että Kuorman painon estimointi perustuu punnitussysteemistä muodostetun epälineaarisen mallin tilojen estimointiin epälineaarisella Kalman-suotimella. Myös Kalman-suotimen eriKoistapauKsia, Kuten Wiener-suodinta tai muita vastaavia menetelmiä, voi- I t f daan Käyttää vastaavalla tavalla Kaivosajoneuvon Kuorman painon määrityK- IM» : 25 seen.The drawings and the description related thereto are intended only to illustrate the idea of the invention. DETAILED DESCRIPTION The disclosure may vary within the scope of the claims. Thus, the structure of the mining vehicle need not be exactly like that shown in Figures 1 and 2, but it is essential that the load weight estimation is based on the estimation of states of a nonlinear model formed by a weighing system with a nonlinear Kalman filter. Also, different removable sections of the Kalman filter, such as the Wiener filter or other similar methods, can be used in a similar manner to the Mining Vehicle Load Weight.

* » · • · » · • · • · % V I ·* »· • ·» · • • •% V I ·

I II I

• » »• »»

Claims (19)

1. Förfarande för definiering av vikten pä lasten i ett gruvfordon, kännetecknat avatt en olinjär tillständsmodell bildas, vilken tillständsmodell beskriver ett 5 vägningssystem bildat av gruvfordonets flak (3) eller skopa (9) och lyftarmar (7) och lyftcylindrar (4) och/eller en lutningscylinder (11) som skall användas för flyttning av dem samt mätdon som är anordnade i samband med gruvfor-donet, och i vilken tillständsmodell ätminstone ett tillständ beskriver den vikt (m) pä lasten i gruvfordonet som skall definieras och att 10 vikten (m) pä lasten i gruvfordonet definieras pä basis av mätsigna- ler som uppmätts med mätdonen genom estimering av den olinjära tillständs-modellens tillständ med ett olinjärt Kalman-filter.A method for defining the weight of the load in a mining vehicle, characterized in that a nonlinear condition model is formed, which condition model describes a weighing system formed by the mine vehicle (3) or bucket (9) and lifting arms (7) and lifting cylinders (4) and / or a gradient cylinder (11) to be used for moving them and measuring devices provided in connection with the mining vehicle, and in which state of the state at least one condition describes the weight (m) of the load in the mining vehicle to be defined and that the weight ( m) the load in the mining vehicle is defined on the basis of measurement signals measured with the measuring instruments by estimating the condition of the nonlinear state model with a nonlinear Kalman filter. 2. Förfarande enligt patentkrav 1,kännetecknat av att ätminstone ett tillständ i vägningssystemets olinjära modell omfattar trycket (py, pa) i 15 lyftcylinderns (4) tryckvätska.Method according to claim 1, characterized in that at least one condition in the non-linear model of the weighing system comprises the pressure (py, pa) in the pressure fluid of the lifting cylinder (4). 3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att ätminstone ett tillständ i vägningssystemets olinjära modell omfattar tryckväts-kans temperatur (L) i lyftcylindern (4).Method according to claim 1 or 2, characterized in that at least one condition in the non-linear model of the weighing system comprises the temperature (L) of the pressurized fluid in the lifting cylinder (4). 4. Förfarande enligt patentkrav 3, kännetecknat av att ätmin-20 stone ett tillständ i vägningssystemets olinjära modell omfattar gruvfordonets . ·, : lutning (f) i förhällande tili horisontalplanet. • * fMethod according to claim 3, characterized in that the at least one condition in the non-linear model of the weighing system comprises that of the mining vehicle. ·,: Slope (f) in relation to the horizontal plane. • * f /, · [ 5. Förfarande enligt patentkrav 4, kännetecknat av att ätmin- stone ett tillständ i vägningssystemets olinjära modell omfattar lastflakets (3) lutning i förhällande tili gruvfordonet eller gruvfordonets skopas (9) läge * * * 25 och/eller lyftarmarnas (7) lutning i gruvfordonets chassis (1) höjdriktning.Method according to claim 4, characterized in that at least one condition in the non-linear model of the weighing system comprises the slope of the load surface (3) in relation to the position of the mining vehicle or the bucket (9) of the mining vehicle and / or the lifting arms (7). ) slope in the chassis of the mining vehicle (1). 6. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kän-n e t e c k n a t av att som värden för det olinjära Kalman-filtrets begynnelse-tillständ används pä förhand inställda värden.6. A method according to any of the preceding claims, characterized in that, as values for the initial state of the non-linear Kalman filter, preset values are used. •:· 7. Förfarande enligt patentkrav 6, kännetecknat av att som 30 värden för det olinjära Kalman-filtrets begynnelsetillständ används fabriks-inställda värden. _Method according to claim 6, characterized in that as the values for the initial state of the nonlinear Kalman filter, factory-set values are used. _ 8. Förfarande enligt nägot av de föregäende patentkraven, kän- ···* n e t e c k n a t av att estimeringen av lastens vikt avslutas, när estimatet av : · ·: lastens vikt har stabiliserats pä en viss niva. I » * » • » 1136968. A method according to any of the preceding claims, characterized in that the estimation of the weight of the load is completed when the estimate of: · ·: the weight of the load has stabilized at a certain level. I »*» • »113696 9. Förfarande enligt patentkrav 8, kännetecknat avatt esti-meringen av lastens vikt avslutas, när värdet pä variansen för estimatet av las-tens vikt underskrider ett pa förhand inställt gränsvärde.9. A method according to claim 8, characterized in that the estimation of the weight of the load is terminated when the value of the variance for the estimation of the weight of the load falls below a pre-set limit value. 10. Förfarande enligt nägot av de föregaende patentkraven, k ä n -5 netecknat avattvägningssystemets olinjära model! kalibreras genom an- vändning av en eller flera provlaster med känd vikt.10. A method according to any of the preceding claims, characterized by the non-linear model of the weighing system! is calibrated by using one or more test loads of known weight. 11. Arrangemang för definiering av vikten pä lasten som ett gruvfor-don transporterar, kännetecknat avatt arrangemanget omfattar ett kalkyldon (14) som omfattar en olinjär tillständsmodell, vilken till-10 ständsmodell är anordnad att beskriva ett vägningssystem bildat av gruvfordo-nets flak (3) eller skopa (9) och lyftarmar (7) och lyftcylindrar (4) och/eller en lutningscylinder (11) som skall användas för flyttning av dem samt mätdon som är anordnade i samband med gruvfordonet, och i vilken tillständsmodell ätmin-stone ett tillstand är anordnat att beskriva den vikt (m) pä lasten i gruvfordonet 15 som skall definieras och att kalkyldonet (14) är anordnat att definiera vikten (m) pä lasten i gruvfordonet pä basis av mätsignaler som uppmätts med mätdonen genom estime-ring av den olinjära tillständsmodellens tillstand med ett olinjärt Kalman-filter.11. Arrangement for defining the weight of the load that a mining vehicle carries, characterized in that the arrangement comprises a calculator (14) comprising a non-linear state model, the state model being adapted to describe a weighing system formed by the surface of the mining vehicle (3). ) or bucket (9) and lifting arms (7) and lifting cylinders (4) and / or an inclined cylinder (11) to be used for moving them and measuring devices arranged in connection with the mining vehicle, and in which state of the model a condition is arranged to describe the weight (m) of the load in the mining vehicle 15 to be defined and that the calculator (14) is arranged to define the weight (m) of the load in the mining vehicle on the basis of measurement signals measured with the measuring instruments by estimating the non-linear state of the state model with a nonlinear Kalman filter. 12. Arrangemang enligt patentkrav 11, kännetecknat av att 20 arrangemanget omfattar mätdon (4a, 4b) för mätning av trycket (py, pa) i lyft- cylinderns (4) tryckvätska.Arrangement according to claim 11, characterized in that the arrangement comprises measuring means (4a, 4b) for measuring the pressure (py, pa) in the pressure fluid of the lifting cylinder (4). ,! 13. Arrangemang enligt patentkrav 12, kännetecknat av att arrangemanget omfattar mätdon (4c) för mätning av tryckvätskans temperatur (L) i lyftcylindern (4). , . : 25,! Arrangement according to claim 12, characterized in that the arrangement comprises measuring means (4c) for measuring the temperature (L) of the pressure fluid in the lifting cylinder (4). ,. : 25 14. Arrangemang enligt patentkrav 13, kännetecknat av att ,'. / arrangemanget omfattar mätdon (6) för mätning av gruvfordonets lutning (?) i » · ;;; förhällande tili horisontalplanet.Arrangement according to claim 13, characterized in that, '. The arrangement comprises measuring means (6) for measuring the slope (?) of the mining vehicle in »· ;;; relating to the horizontal plane. * · • * 15. Arrangemang enligt patentkrav 14, kännetecknat av att arrangemanget omfattar mätdon för mätning av flakets (3) lutning i förhällande 30 tili gruvfordonet eller gruvfordonets skopas (9) läge och/eller lyftarmarnas (7) lutning i gruvfordonets chassis (1) höjdriktning. ;v.Arrangement according to claim 14, characterized in that the arrangement comprises measuring means for measuring the slope of the flake (3) in relation to the position of the mining vehicle or the bucket (9) of the mining vehicle and / or the slope of the lift arms (7) in the chassis of the mining vehicle (1). ) elevation. ; V. 16. Arrangemang enligt nägot av patentkraven 11 - 15, känne- • ·. t e c k n a t av att arrangemanget omfattar en minnesenhet (15) för lagring av • ‘ tillständsmodellens estimerade tillständ och/eller vid estimeringen erforderliga 35 begynnelsevärden. 11269616. Arrangement according to any of claims 11-15, characterized by •. The arrangement comprises the memory unit (15) for storing the estimated state of the state model and / or the initial values required at estimation. 112696 17. Arrangemang enligt patentkrav 16, kännetecknat avatt kalkyldonet (14) omfattar en minnesenhet (15).Arrangement according to claim 16, characterized in that the calculator (14) comprises a memory unit (15). 18. Arrangemang enligt nagot av patentkraven 15 - 17, kännetecknat av att arrangemanget omfattar ett kalkyldon (13) för att definiera 5 gruvfordonets flaks (3) position eller skopans (9) läge och/eller lyftarmarnas (7) lutning.Arrangement according to any of claims 15 - 17, characterized in that the arrangement comprises a calculator (13) for defining the position of the mining vehicle (3) or the position of the bucket (9) and / or the slope of the lift arms (7). 19. Arrangemang enligt patentkrav 18, kännetecknat av att kalkyldonet (14), som med det olinjära Kalman-filtret estimerar den olinjära till-ständsmodellens tillständ i gruvfordonets vägningssystem, omfattar ett kalkyl- 10 don (13) som definierar läget för gruvfordonets flak (3) eller skopa (9) och/eller lyftarmarnas (7) lutning. * · • » · » »· * · ♦ • 1 · * · * 1 ♦ • · • · » · * 1 I t » · • » tArrangement according to claim 18, characterized in that the calculator (14), which with the non-linear Kalman filter estimates the state of the nonlinear state in the weighing system of the mining vehicle, comprises a calculator (13) which defines the position of the mining vehicle's flange (3). ) or bucket (9) and / or the slope of the lift arms (7). * · • »·» »» · * · ♦ • 1 · * · * 1 ♦ • · • · »· * 1 I t» · • »t
FI20002462A 2000-11-09 2000-11-09 Procedure and arrangement for determining the weight of a mining vehicle FI113696B (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20002462A FI113696B (en) 2000-11-09 2000-11-09 Procedure and arrangement for determining the weight of a mining vehicle
PCT/FI2001/000973 WO2002039073A1 (en) 2000-11-09 2001-11-08 Method and arrangement for determining weight of load in mining vehicle
CA002431584A CA2431584C (en) 2000-11-09 2001-11-08 Method and arrangement for determining weight of load in mining vehicle
AU2002223697A AU2002223697B2 (en) 2000-11-09 2001-11-08 Method and arrangement for determining weight of load in mining vehicle
AU2369702A AU2369702A (en) 2000-11-09 2001-11-08 Method and arrangement for determining weight of load in mining vehicle
SE0301174A SE524212C2 (en) 2000-11-09 2003-04-23 Method and apparatus for determining the weight of cargo in a mining vehicle

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20002462A FI113696B (en) 2000-11-09 2000-11-09 Procedure and arrangement for determining the weight of a mining vehicle
FI20002462 2000-11-09

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI20002462A0 FI20002462A0 (en) 2000-11-09
FI20002462A FI20002462A (en) 2002-05-10
FI113696B true FI113696B (en) 2004-05-31

Family

ID=8559466

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20002462A FI113696B (en) 2000-11-09 2000-11-09 Procedure and arrangement for determining the weight of a mining vehicle

Country Status (5)

Country Link
AU (2) AU2369702A (en)
CA (1) CA2431584C (en)
FI (1) FI113696B (en)
SE (1) SE524212C2 (en)
WO (1) WO2002039073A1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007121517A1 (en) * 2006-04-20 2007-11-01 Cmte Development Limited Payload estimation system and method
FR2921453B1 (en) 2007-09-25 2010-02-26 Renault Sas METHOD FOR STARTING ASSISTANCE ON THE SIDE OF A MOTORIZED VEHICLE
DE102012223806B4 (en) * 2012-12-19 2018-11-29 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Method for material-removing machining of a workpiece and associated computer program product
AU2017279683B2 (en) 2017-12-20 2024-04-04 Caterpillar Underground Mining Pty Ltd System and method for monitoring conditions associated with operation of an underground machine
DE102022210216A1 (en) 2022-09-27 2024-03-28 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Method for estimating a load carried by a work machine and work machine

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4893262A (en) * 1986-06-27 1990-01-09 K-Tron International, Inc. Weigh feeding system with self-tuning stochastic control
US4954975A (en) * 1988-08-10 1990-09-04 K-Tron International, Inc. Weigh feeding system with self-tuning stochastic control and weight and actuator measurements

Also Published As

Publication number Publication date
AU2369702A (en) 2002-05-21
AU2002223697B2 (en) 2006-03-30
SE0301174L (en) 2003-06-12
SE524212C2 (en) 2004-07-13
CA2431584C (en) 2009-09-15
WO2002039073A1 (en) 2002-05-16
FI20002462A0 (en) 2000-11-09
SE0301174D0 (en) 2003-04-23
CA2431584A1 (en) 2002-05-16
FI20002462A (en) 2002-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8271229B2 (en) Weight estimation for excavator payloads
US4635739A (en) Payload monitor
US5182712A (en) Dynamic payload monitor
EP3165885A1 (en) Load weighing method and system for wheel loader
US7735365B2 (en) Safe and accurate method of chemical inventory management on location
US9144195B2 (en) Methods, systems, and apparatus for monitoring yield and vehicle weight
US7816613B2 (en) Arrangement for weighing transport vehicle load
US8126619B2 (en) Weight calculation compensation
US4588038A (en) Load weight measuring method
CN111104729A (en) System and method for determining payload mass moved by a work device
US11307080B2 (en) Method and system for determining the weight of a demountable platform
JPH0413932A (en) Measuring equipment of load weight of vehicle
FI121288B (en) Method and system for calibrating a weighing device included in a material transfer equipment
FI113696B (en) Procedure and arrangement for determining the weight of a mining vehicle
CN104864950A (en) Improved measurement system for a material transfer vehicle
AU2014415546B2 (en) A system and method of calculating a payload weight
AU2002223697A1 (en) Method and arrangement for determining weight of load in mining vehicle
SE524212C8 (en) Method and device for determining the weight of load in a mining vehicle
JP4149874B2 (en) Construction machine load measuring device
WO1999009379A1 (en) A method for determining weight of load carried by a mining vehicle
CA1254911A (en) Payload monitor
IT202000008911A1 (en) WEIGHING SYSTEM OF A VEHICLE AND RELATIVE METHOD

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed