一种带式输送机智能调速及多驱功率平衡控制方法与流程

本发明涉及带式输送机控制，具体涉及一种带式输送机智能调速及多驱功率平衡控制方法。

背景技术：

1、带式输送机作为散状物料连续运输的核心装备，其智能调速与多驱功率平衡控制技术是保障系统安全、经济运行的关键。现有控制方案中，工业视觉传感技术已被用于获取输送物料表面的三维空间几何信息，通过重构物料断面轮廓计算体积流量，据此调节输送带运行速度以实现按需调速；同时，基于视觉获取的横向偏载几何分布也被尝试用于多驱动单元的转矩前馈补偿。

2、现有带式输送机控制方案中，工业视觉仅能获取物料表面的三维几何外形信息，而皮带秤提供的重量数据存在传输滞后且仅为带宽方向的总量累加值，两者在密度维度上缺乏空间同步机制，导致无法实时获取物料沿带宽方向的瞬时二维密度分布，使得基于几何偏载计算的前馈补偿量与驱动滚筒实际承受的轴端机械负载不匹配，多驱动单元在物料属性发生局部变化时出现功率失衡。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种带式输送机智能调速及多驱功率平衡控制方法，以解决上述背景中问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种带式输送机智能调速及多驱功率平衡控制方法，包括以下步骤：

4、s1：采集输送物料表面的三维空间坐标以及各三维空间坐标点对应的回波振幅、脉冲宽度和表面纹理特征，同时获取输送物料的总重量值，将空间坐标与重量值进行时序同步和空间位置匹配；

5、s2：根据空间坐标计算各点局部法向量，依据法向量与入射光线的夹角对回波振幅进行归一化补偿得到本质反射率，并基于法向量的变化率统计量得到表面粗糙度指标，所述各点为各三维空间坐标点；

6、s3：将本质反射率和表面粗糙度指标沿带宽方向逐像素映射为表征重质组分概率的权重系数，形成二维虚拟密度先验分布；

7、s4：以二维虚拟密度先验分布为约束，结合总重量值和由空间坐标确定的体积截面积，进行稀疏正则化迭代反演，恢复出输送物料沿带宽方向的瞬时二维真实密度分布；

8、s5：根据二维真实密度分布与体积截面积的逐点卷积运算，计算横向偏载产生的附加阻力矩，将附加阻力矩作为前馈量叠加至多驱动单元的转矩给定，并根据先验分布与真实密度分布的残差调整稀疏反演中的约束强度。

9、作为本发明进一步的方案：所述得到本质反射率的过程为：

10、根据各点的局部法向量确定对应点所在微区域的倾斜姿态；

11、以倾斜姿态与入射光线方向之间的夹角作为入射角，获取预先标定的物料表面在无倾斜状态下的基准反射率响应曲线；

12、将对应点的回波振幅与入射角处对应的基准反射率相除，并将所得比值乘以预设的漫反射补偿系数，得到对应点的本质反射率。

13、作为本发明进一步的方案：所述漫反射补偿系数的预设过程为：

14、选取各点的局部邻域窗口，计算局部邻域窗口内各点法向量与中心点法向量之间的平均夹角；

15、以平均夹角表征局部表面的起伏程度，将预先测得的物料在标准漫反射参考板条件下的最大回波强度与局部起伏程度下实测回波强度的比值，乘以平均夹角的余弦值的倒数，得到对应点的漫反射补偿系数。

16、作为本发明进一步的方案：所述计量得到表面粗糙度指标，具体包括：

17、以各点为中心选取包含周围邻域点的局部窗口；

18、计算局部窗口内各点的法向量相对于中心点法向量的偏转角度；

19、统计所有偏转角度的均方根值，并计算局部窗口内法向量方向分布的信息熵，将均方根值与信息熵的加权和作为对应点的表面粗糙度指标。

20、作为本发明进一步的方案：所述二维虚拟密度先验分布的建立过程为：

21、将本质反射率和表面粗糙度指标按带宽方向逐像素组成二维特征对；

22、将二维特征对的取值空间划分为多个组合区间；

23、针对每一组合区间，统计组合区间内反射率与表面粗糙度在预设物料样本库中对应重质组分出现的概率比值作为组合区间的映射权重；

24、沿带宽方向判定各像素所在组合区间并将对应的映射权重赋予像素，得到各像素的重质组分概率权重系数，由所有像素的概率权重系数构成二维虚拟密度先验分布。

25、作为本发明进一步的方案：所述瞬时二维真实密度分布的计算过程为：

26、设定各位置真实密度的初始值等于二维虚拟密度先验分布中的对应值；

27、计算当前各位置真实密度与对应体积截面积乘积后的累加值与总重量值之间的偏差量；

28、将偏差量按照各位置体积截面积的占比反向分摊至各位置以更新真实密度值，计算更新后各位置真实密度值与先验分布中对应值的偏离程度；

29、根据偏离程度对更新后的各位置真实密度值进行削峰填谷式修正，直至偏差量小于预设阈值，将此时各位置真实密度值作为瞬时二维真实密度分布。

30、作为本发明进一步的方案：所述进行削峰填谷式修正，具体包括：

31、计算各位置当前真实密度值与二维虚拟密度先验分布中对应值的差值；

32、以差值的绝对值作为对应位置的偏离程度；

33、将各位置的偏离程度按数值大小降序排列，截取排列中前部分位置作为待修正位置；

34、针对每一待修正位置，将其当前真实密度值向先验分布中对应值的方向回拉，回拉量为差值乘以预设比例系数，将回拉后的值作为对应位置修正后的真实密度值，未截取的位置保持当前真实密度值不变。

35、作为本发明进一步的方案：所述约束强度的调整过程为：

36、沿带宽方向逐一计算各位置真实密度值与先验分布中对应值的残差；

37、将残差按正负符号分区统计，获得正残差区域的总幅值、负残差区域的总幅值以及各自占据的带宽宽度比例；

38、当正负残差区域中幅值较大一方的占据比例超过预设比例阈值时，判定当前来料性质发生整体性偏移，此时减小约束强度；

39、当正负残差区域交替出现且幅值均低于预设幅值阈值时，判定先验分布局部失准，此时增大约束强度，以调整后的约束强度参与下一周期的稀疏反演。

40、本发明的有益效果：

41、（1）通过对激光扫描装置获取的回波振幅进行入射角归一化补偿和漫反射补偿，消除了物料表面局部倾斜姿态对反射强度测量值的干扰，使获得的本质反射率仅由物料自身材质属性决定；结合法向量偏转角度的均方根与分布信息熵两个维度量化表面粗糙度，能够区分起伏幅度与取向杂乱程度不同的表面状态。视觉传感数据不仅提供几何外形信息，还能够反映物料表面材质的本质差异，为后续区分轻质组分与重质组分提供了可靠的视觉特征依据。

42、（2）将视觉传感获取的本质反射率和表面粗糙度指标通过预设样本库映射为带宽方向的密度先验分布，利用该先验分布对稀疏反演过程施加约束，并通过偏差量反向分摊与削峰填谷式修正的交替迭代，恢复出物料沿带宽方向的瞬时二维真实密度分布。该密度分布的获取不依赖额外增设射线或微波检测设备，仅通过视觉与重量两种异构传感数据在密度空间上的同构化融合即可实现，使后续附加阻力矩计算能够反映偏载的真实重力分布，进而使前馈补偿量与驱动滚筒实际承受的机械负载相匹配。