[發明專利]散袋小包裝中藥的快速稱量方法

有效

• 申請號: 202011269239.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112414526B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 宋永端;沈志熙;劉海峰;雷杰
• 申請（專利權）人: 迪比（重慶）智能科技研究院有限公司
• 主分類號: G01G19/00
• 分類號: G01G19/00;G06F17/11;G06F17/14;G06F17/16;G06F30/20
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 吳彬

1.散袋小包裝中藥的快速稱量方法，包括步驟：

1)建立散袋小包裝稱重系統等效物理模型：

其中，m為接藥槽部分的等效質量；M為待稱量藥包的質量；y(t)為稱重系統的輸出信號；g為重力加速度；c為稱重系統的等效阻尼系數；k為稱重系統等效彈力系數；當散袋小包裝中藥掉落到接藥槽上時，藥包就會與接藥槽所代表的稱重系統同步振動，可以視為給稱重系統施加了一個階躍信號Mgu(t)，其中u(t)代表階躍信號；經過拉普拉斯變換后得到輸出信號：

由于采樣得到的信號為離散值，故將Y(s)進行Z變換，得到：

其中a₁、a₂、b₁、b₂是與M、m、c和k相關的參數；將輸入端由于噪聲引起的稱量誤差考慮在內，式(3)用差分方程表示為：

y(t)＝-a₁y(t-1)-a₂y(t-2)+b₁u(t-1)+b₂u(t-2)+e(t) (4)

針對式(3)，根據Z變換的終值定理得到穩態時系統輸出為：

從而得到待稱量藥包質量M的計算式：

其中，g為重力加速度，k為稱重系統等效彈力系數；

其特征在于：2)基于向量預測誤差求取a₁、a₂、b₁、b₂，其包括：

a)定義稱重系統采樣序列t時刻的標量預測誤差為：

式中t＞2，其中：

表示第t個采樣點時刻系統的信息向量，表示第t個采樣點前一時刻系統的參數辨識結果；y(t)表示第t個采樣點采樣輸出序列，y(t-1)表示第t個采樣點前一時刻的采樣輸出序列，y(t-2)表示第t個采樣點前兩時刻的采樣輸出序列；u(t-1)為第t個采樣點前一時刻的采樣輸入序列，u(t-2)為第t個采樣點前兩時刻的采樣輸入序列；是參數a₁的估計值，是參數a₂的估計值，是參數b₁的估計值，是參數b₂的估計值；

b)考慮稱重系統采樣序列從t-p_t+1時刻到t時刻的共p_t組數據，令：

其中：p_t為時間窗長度；表示系統自t時刻向前，p_t范圍內的采樣輸出序列逆序構成的輸出向量；表示自t時刻向前，p_t范圍內的信息向量逆序構成的信息矩陣；p_t為一變量，隨t時刻局部采樣數據的統計特性變化而變化，得到擴展后的時間窗長度為p_t的向量預測誤差：

表示系統自t時刻向前，p_t范圍內的標量預測誤差序列逆序構成的向量；鑒于理論上比之前時刻的系統參數的估計值更接近真實值θ，所以用來代替之前時刻系統參數的估計值，故上式可改寫為：

由式(13)得到該稱重系統基于向量預測誤差的辨識模型：

式(14)記為向量預測誤差辨識模型；

c)針對向量預測誤差辨識模型，定義準則函數：

其中，為向量的2-范數，為準則函數；

d)尋求使得準則函數最小化的得到基于向量預測誤差辨識模型的參數估計值，定義矩陣：

則準則函數可寫為：

利用向量微分公式對求導并令其結果為0，從而求取使得準則函數最小化的

e)推導的遞推計算形式，令：

則有：

利用矩陣求逆定理對上式進行簡化后最終推得基于向量預測誤差辨識模型的參數辨識遞推計算式：

其中，L_t+1為算法增益向量；t+1時刻的參數估計向量是用增益向量L_t+1與向量預測誤差的乘積，對t時刻的參數估計向量進行修正；

遞推過程如下：

(1)初始化：令起始時刻t₀＝5，即自采樣序列第5個采樣點時刻起開始遞推過程，R₅＝α·I₄，其中α為充分大的正整數，I₄表示4×4的單位矩陣；同時，確定遞推迭代次數N；

(2)分析局部采樣數據的統計特性，確定時間窗長度p_t；同時，獲取稱重系統采樣輸出序列、輸入序列根據公式(10)構造輸出向量根據公式(8)和公式(11)構造信息矩陣再利用公式(13)求得向量預測誤差

(3)根據遞推公式中的公式(23)和公式(24)計算出L_t+1和R_t+1，再根據公式(22)計算出

(4)判斷t＝t+1是否達到指定迭代次數N，若未成立，則轉到步驟(2)繼續進行，否則遞推過程結束；

3)根據步驟2)獲得的a₁、a₂、b₁、b₂和公式(6)得到被稱量的散袋小包裝中藥的重量；

所述的時間窗長度p_t通過如下方法確定：

定義第t個采樣時刻時間窗的長度區間為：

p_t∈[P_min,P_max] (25)

其中，P_min表示長度區間的下限值，P_max表示長度區間的上限值，即時間窗長度p_t可以根據采樣數據的統計特性在P_min至P_max之間滑動；

定義自t時刻向前的d個系統采樣輸出值構成的序列的標準差為：

其中，d經試驗測試，取d＝5時能較好反應局部數據平穩程度；y_i表示第i個采樣時刻的系統采樣輸出值，表示自t時刻向前的d個系統采樣輸出值構成的序列的樣本均值，其計算式為：

記所述的遞推算法起始遞推時刻為t₀，通過式(26)求得起始時刻前d個數據的樣本標準差，記為S_t0；在采樣t時刻利用如下時間窗長度自適應函數來確定時間窗長度p_t：

其中，表示不超過實數的最大整數。

2.根據權利要求1所述的散袋小包裝中藥的快速稱量方法，其特征在于：所述遞推過程中α＝10⁷，迭代次數N為8～10。