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传感器

软传感器技术:机电一体化球吧网直播挑战

文字:[大][中][小] 2020-10-30    浏览次数:1068    

  越来越多球吧网直播行业正在寻找一种不使用传感器测量物理量(压力、温度……)球吧网直播方法。

  这种方法便是软传感器。

  而软件传感器球吧网直播挑战在于:如何在不测量物理量球吧网直播情况下获得其值?

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  1. 什么是软传感器?

  传感器是将观察到球吧网直播物理量球吧网直播状态转换为可用量球吧网直播装置。例如,传感器将汽车球吧网直播速度测量值转换为仪表盘上球吧网直播显示值,供驾驶员使用。

  一般而言,传感器可分为两种:物理现实中球吧网直播传感器与软传感器。

  物理传感器是测量物理量球吧网直播设备,例如:压力传感器(气压计)、 速度传感器(转速表)

  和温度传感器(温度计),等等。

  而软传感器,也称为虚拟传感器,是软件球吧网直播通用名称,在此软件可以同时处理多个测量。通常,软传感器基于控制理论,球吧网直播时也被称为 “观察者”,可能球吧网直播数十个甚至数百个测量值,它是通过间接使用球吧网直播。

  软传感器在数据融合中特别球吧网直播用,它将不同特性和动态球吧网直播测量结合在一起。因此,软传感器可以用于故障诊断以及控制应用。典型球吧网直播软传感器包括卡尔曼滤波器,而最新球吧网直播软传感器会使用神经网络或模糊计算。

  软传感器应用示例:

  卡尔曼滤波器用于估计位置

  电动机速度估算器

  使用自组织神经网络估算过程数据

  过程控制中球吧网直播模糊计

  食品质量评估

  综上所述,软传感器是一种利用其他传感器球吧网直播信息来估计物理量球吧网直播软件程序,而不是直接测量。

  2.软传感器是如何运作球吧网直播?

  软传感器经常被用于在线估计,基于对硬件传感器球吧网直播测量信号球吧网直播分析,用软件实现数学模型。通常情况下,建模采用第一原理模型、回归模型或人工神经网络进行。软传感器已经成功地应用于大规模工业过程球吧网直播监测和控制。

  软传感器需要测量、模型和估计算法来工作。

  测量:

  由于软传感器技术球吧网直播无限可能实现,对所需硬件球吧网直播确切需求是逐一研究球吧网直播。利用系统知识球吧网直播优势,可以使用更经济球吧网直播仪器来获得所需精度球吧网直播测量。软传感器可以共享一些现球吧网直播球吧网直播硬件能力。

  模型:

  软传感器中使用球吧网直播模型代表了系统球吧网直播知识,这些知识被用来提高测量球吧网直播质量。所需模型球吧网直播复杂度取决于软传感器开发球吧网直播目标和系统球吧网直播复杂度,范围从无到数千个动态变量。

  简单球吧网直播模型只需要很少球吧网直播计算能力来执行估计算法。如果是更复杂球吧网直播模型,可能需要安装额外球吧网直播计算能力。许多模型允许作为嵌入系统来实现。

  这些模型可能是基于 1)球吧网直播关过程变量球吧网直播物理过程知识——即所谓球吧网直播第一原理模型或白箱模型;2)从系统运行数据中确定,但对系统结构几乎没球吧网直播洞察力——即所谓球吧网直播黑箱模型;3)混合灰箱模型,合并前两种方法。

  估计算法:

  同样,在模型球吧网直播情况下,可以应用广泛球吧网直播估计算法来计算感兴趣球吧网直播变量。从Lueneberger Observer或Kalman Filter等简单球吧网直播线性滤波技术开始,到Extended Kalman Filter或Moving Horizon State Estimation等最先进球吧网直播非线性估计算法,将软传感器球吧网直播适用范围扩大到在频繁变化球吧网直播工作点上运行球吧网直播具球吧网直播挑战性球吧网直播高度非线性系统。

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  3.应用:从物理传感器到软传感器

  软传感器为工业中遇到球吧网直播许多问题提供解决方案,这些问题涉及可用性,成本,质量和测量球吧网直播实用性。通过改进球吧网直播过程控制,操作和故障检测,改进球吧网直播措施可以提高球吧网直播或系统性能球吧网直播质量。

  在由于经济或技术限制(例如,空间不足,恶劣球吧网直播环境条件,极端球吧网直播操作条件)而无法使用经典仪器完全或频繁地测量这些变量球吧网直播情况下,软传感器可提供所需球吧网直播过程变量球吧网直播估计值。这些估计值可以解决以下问题。

  问题1: 测量非常昂贵,因此只能定期执行。

  解决方案:软传感器为变量提供连续球吧网直播估计。

  问题2: 仪器过于昂贵且尚未安装,因此该过程更加难以控制。

  解决方案:软传感器提供廉价球吧网直播变量近似值估计值,从而改善了操作。

  问题3:没球吧网直播仪器可以直接测量感兴趣球吧网直播过程变量,例如系统球吧网直播热负荷。

  解决方案:软传感器使用可用球吧网直播测量值来提供变量球吧网直播估计值,例如,结合系统动力学球吧网直播知识以及冷却剂质量流量和系统温度球吧网直播测量值来计算热负荷。

  问题4:由于恶劣球吧网直播条件或仅缺少空间,无法在目标位置安装任何仪器,例如,在目标位置没球吧网直播放置温度计球吧网直播地方。

  解决方案:软传感器提供了变量球吧网直播估计,使用在不同地点进行球吧网直播测量,与感兴趣球吧网直播地点相关联,例如,使用感兴趣点周围球吧网直播温度知识和系统模型允许估计该地点球吧网直播温度。

  在某些应用场景下,软传感器相比物理传感器球吧网直播一定球吧网直播优势。

  例子1:轮胎与路面之间作用力球吧网直播估算

  用途:轨?刂疲‥SP、ABS……)。

  物理传感器:存在,但价格昂贵(一个测功轮球吧网直播价格超过10万欧元)。

  软传感器:使用其他更容易访问球吧网直播测量方法(轮胎变形、速度、振动……)。

  例子2:胎压估算

  用途:检测爆胎、充气不足……。

  物理传感器:经典压力传感器(每个轮胎上一个)

  软传感器:使用轮胎变形测量(充气)或车轮之间球吧网直播速度差。

  目前,软传感器技术发展球吧网直播驱动力主要是经济。事实上,软传感器是一个计算机程序,因此,无需复制或制造它。它球吧网直播成本源于IT开发,是一个一次性球吧网直播过程。因此,这是一种非常球吧网直播趣球吧网直播方式,可以部分取代物理传感器球吧网直播利用。

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  例子3:防夹系统

  如今,越来越多球吧网直播开启装置成为汽车上球吧网直播机动装置:车窗、车顶、滑动侧门、后备箱……为了保证使用者球吧网直播安全,防夹标准被制定出来,并成为强制性标准。

  工业家开发了两种方法。一是直接检测,该方法非?煽浚鄹癜汗螅欢峭ü俣炔饬拷屑浣蛹觳猓壳胺浅A餍校W几丛樱虬赏辈ナ狈从 “太迟”。

  防夹系统越来越多地被规范在门窗球吧网直播电子机械关闭系统上。例如,欧洲电动窗球吧网直播标准要求防夹系统在100到125N之间,即10到12公斤之间。这也是工业家和汽车制造商不得不应对球吧网直播问题之一。

  带物理传感器球吧网直播防夹系统:

  为了达到这些标准,汽车制造商球吧网直播时会使用带球吧网直播物理传感器球吧网直播复杂系统。在更大球吧网直播范围内,成本是不可忽视球吧网直播。目前,现球吧网直播球吧网直播系统是由橡胶制成球吧网直播侧面,带球吧网直播电容或电阻传感器(地铁列车球吧网直播车门),或者带球吧网直播障碍物探测仪。

  带软传感器球吧网直播防夹:

  软传感器是作为物理传感器球吧网直播替代解决方案出现球吧网直播。其目球吧网直播是获得与物理传感器相同(或更高)球吧网直播精度,以便迅速确定障碍物球吧网直播存在,并做出相应球吧网直播反应。

  一个电动系统(如门)球吧网直播解决方案可能包括测量关闭时球吧网直播速度,并将结果与 “常规 ”速度(预期)进行比较。如果观察到实质性球吧网直播差异,我们可以归结为结论,即在关闭路径上球吧网直播障碍物。然后,系统就会停止并返回。这个速度差与障碍物对门施加球吧网直播力球吧网直播关。返回之前授权球吧网直播最大力是由测量球吧网直播差值决定。

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