Применение алгоритма скользящего среднего для задачи определения массы груза

Исследование посвящено разработке алгоритма весоизмерения применительно к грузоподъемным кранам. Спецификой задачи является длительно затухающий динамический процесс с одной преобладающей по амплитуде гармоникой.

На основе анализа литературы выявлен фильтр (скользящеее среднеее), наиболее пригодный для условий данной задачи.

Целью исследования ставилась разработка алгоритма весоизмерения с использованием фильтра скользящего среднего.

Описаны этапы работы алгоритма: определение начала подъема, поиск пиковой нагрузки, определение периода колебаний, сглаживание данных, определение массы груза с заданной точностью.

Экспериментальное сравнение алгоритмов, использующих фильтр скользящего среднего и непосредственное осреднение, показало независимость влияния алгоритма на повторяемость. При этом за счет применения разработанного алгоритма удалось снизить время весоизмерения в 4…9 раз (1,0…6,1 с).

Выявлена зависимость времени измерения от точности вычисления длины буфера, определяемого по периоду наиболее высокоамплитудной гармоники. Данная зависимость определяет требование к аналого-цифровому преобразователю весоизмерительного устройства.

Сделан вывод о высокой степени применимости алгоритма с фильтром скользящего среднего для задачи измерения массы груза в условиях статического взвешивания (при отключенных механизмах).

1. Иванов, С. Д. Оценка применимости электрических параметров привода для определения нагрузки на механизм подъема кранов мостового типа / С. Д. Иванов, А. Н. Назаров // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. – 2022. – Т. 19, № 1(83). – С. 36-47. – DOI 10.26518/2071-7296-2022-19-1-36-47. – EDN XZSFJQ.

2. Дубровин, Л. М. Контроль грузов на подъёмно-транспортных машинах / Л. М. Дубровин, А. П. Никишечкин, В. И. Давыденко // Мир транспорта. – 2016. – Т. 14, № 3(64). – С. 98-105. – EDN XXJQJT. Визуальное моделирование двухбалочного мостового крана как сложной динамической системы / Л. Н. Ахтулова, А. Л. Ахтулов, О. М. Кирасиров, В. А. Машонский // Каталог научных и инновационных разработок ФГБОУ ВО Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина : сборник материалов по итогам научно-исследовательской деятельности. – Омск : Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина, 2021. – С. 61-63. – EDN RLWRUM.

3. Еремина, С. В. Особенности динамики механизма подъема груза мостового крана / С. В. Еремина, О. В. Курбацкая // Материалы Международного конгресса ФГБОУ ВПО "СибАДИ" Архитектура. Строительство.Транспорт.Технологии. Инновации, Омск, 01–03 октября 2013 года. Том Книга 1. – Омск: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)", 2013. – С. 21-26. – EDN STZLVZ.

4. Скосырский, Н. П. Влияние предварительных порогов срабатывания ограничителя грузоподъемности на динамику мостового крана / Н. П. Скосырский, В. В. Даньшин, Д. С. Буданов // . – 2016. – № 7(9). – С. 8. – EDN VTPRKH.

5. Назаров А.Н., Иванов С.Д. Исследование влияния работы ограничителя грузоподъемности с промежуточными порогами на безопасность кранов мостового типа. Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. 2023;1(1):41 - 52.

6. Крановые весы ВЭК/8-5000. URL: www.smartves.ru/catalog/kranovye-vesy-5-tonn/promyshlennye-kranovye-vesy-vek-3-5000-udaroprochnye-do-5-tonn/ (Дата обращения 10.10.2022).

7. Крановые весы КВ Стандарт. URL: https://uralves.ru/catalog/crane-weighter/crane-scales-standard (Дата обращения 10.10.2022).

8. Крановые весы ВК «Стриж». URL: https://www.tenso-m.ru/jelektronnye-vesy/kranovye-vesy/37/ (Дата обращения 07.03.2023).

9. Остривной, А. Ф. Методы поверки большегрузных весов / А. Ф. Остривной, И. Ю. Шмигельский, Р. Ю. Котляров // Законодательная и прикладная метрология. – 2021. – № 2(170). – С. 23-28. – EDN KTOSOB.

10. Исследование прецизионной весоизмерительной системы на платформе PXI/PXI Express в аэродинамической трубе т-102 / Ю. К. Блокин-Мечталин, Н. П. Ильяшенко, Б. Д. Муриев [и др.] // Кимила 2020 : МАТЕРИАЛЫ IV ОТРАСЛЕВОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКЕ И МЕТРОЛОГИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ, Жуковский, 10–11 ноября 2020 года. – Жуковский: ЦЕНТРАЛЬНЫЙ АЭРОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ ПРОФЕССОРА Н. Е. ЖУКОВСКОГО (ФГУП «ЦАГИ»), 2020. – С. 331-346. – EDN KYJALV.

11. Блокин-Мечталин Ю.К. Цифровой прецизионный тензометрический преобразователь на несущей частоте // Датчики и системы. - 2019. № 7-8. - С. 41-46. EDN: NZDQRL

12. Иванов, С. Д. Создание и экспериментальное обоснование алгоритма работы весоизмерительной системы на базе регистратора параметров / С. Д. Иванов, Н. Л. Михальчик // Подъемно-транспортное дело. – 2019. – № 3-4(97). – С. 27-30. – EDN WRJTFW.

13. Fang Liang, Ou Qingli, “Design of Weighing System Based on Improved Moving Average Filter Algorithm,” Journal of Artificial Intelligence Practice (2021) Vol. 4: 74-77 Clausius Scientific Press, Canada.

14. Kweon SJ, Shin SH, YooHJ. High-Order Temporal Moving-Average Filter Using a Multi- Transconductance Amplifier. Electronics Letters, 2012, 48(15):961-962.

15. Ivanov, S. D. Selection of a rational algorithm for data processing of the weight measuring system of a hoisting crane / S. D. Ivanov, A. N. Nazarov, N. L. Mikhalchik // Journal of Physics: Conference Series, Belgorod, 09–10 марта 2021 года. Vol. 1926. – Belgorod: IOP Publishing Ltd, 2021. – P. 012047. – DOI 10.1088/1742-6596/1926/1/012047. – EDN JIUUGG.

16. Михальчик, Н. Л. Построение весоизмерительной системы путем расширения функционала электронного регистратора параметров работы мостового крана / Н. Л. Михальчик, С. Д. Иванов // Инновационное развитие техники и технологий наземного транспорта, Екатеринбург, 06 декабря 2019 года / Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина. – Екатеринбург: Издательство Уральского университета, 2020. – С. 169-171. – EDN HAFJBZ.

17. Mikhalev, A. V. Development of the load pin for the crane scales / A. V. Mikhalev // European Journal of Technical and Natural Sciences. – 2022. – No. 6. – P. 62-68. – DOI 10.29013/EJTNS-22-6-62-68. – EDN WPUFWR.