电子天平线性辨识方法

电子天平通用的信号滤波方法没有充分利用到测量系统的本征特性,如果能够结合系统的动力学特性,分析信号的特征,再结合现代的滤波方法应该能够进一步降低系统噪声,提高测量精度。倘若能够求得系统的传递函数,根据拉氏变换的终值定理,那么测量结果的数值处理则比较简单。

不管是传感器本体、平衡检测部件还是电路处理部分,精确的数学模型本身很难建立,基于数学分析的考虑,往往作了很多线性化的近似,在环路的控制方程中甚至舍去了很多高阶项,虽然这些项都是高阶小量,但当输出精度要求很高时,这些小量对终值都有不小的贡献。即使数学上考虑到了这些小量,传感器方程、光电管的平衡检测方程以及电路滤波和PID控制方程的参数都难以获取,电路上的电阻、电容等杂散分布参数以及额定参数的偏差则更难以精确获取。

经典的传递函数辨识方法包括频域法和时域法。频域法是测量不同频率正弦波输入激励的系统输出来计算传递函数;时域法是测量系统在阶跃信号激励下的S型响应曲线来计算传递函数,通常采用切线法或两点法并结合稳态终值来辨识参数。

现代的辨识方法也出现了很多,如递阶辨识、耦合辨识、辅助模型辨识、多新息辨识等方法,通过用离散时序和状态空间模型,最小化误差目标函数,对线性及非线性系统进行辨识。这些方法对赛多利斯电子天平的系统辨识很有难度,一是电子天平对横梁输出幅度有强制保护,造成阶跃响应或正弦响应不好测量,二是测量数据本身的精度有限。

工程上用这些辨识方法推算出来的参数来描述系统方程,精度很差,滤波运算得到的测量数据波动范围大,远不如滑动窗口平均滤波得到的数据精准。