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专利号: 2020113045114
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于超声波水表数据滤波的卡尔曼滤波参数调试方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1:设置采样时间Ts,通过超声波水表时间芯片计算超声波飞行时间差,获得超声波水表时间序列原始数据,原始数据选择获取到的第一列数据;然后利用校表台获取采集数据的开始流量和截止流量,得到对应时间段的真实流量;

步骤2:通过卡尔曼滤波得出更接近真实流量的数据,在状态方程中引入这一时刻的原始数据与上一时刻的原始数据的变化,再通过参数设置和效果调试,得出最优的参数,过程如下:步骤2.1:给出u(t)、Q(t)、R(t)对应的初始值uinit、Qinit、Rinit,其中u(t)表示这一时刻与上一时刻飞行时间差在状态方程所占比重的系数、Q(t)表示估计误差的方差、R(t)表示测量误差的方差,并设置初始值的期望和方差,初始值的期望为获取的第一个飞行时间差的值;

步骤2.2:更新先验估计:

Xminus[i]=Xplus[i‑1]+u(t)*(raw_data[i]‑raw_data[i‑1])其中,i代表第i时刻,Xminus[i]是第i时刻的先验估计值,Xplus[i‑1]是第i‑1时刻的预测结果的最优值,u(t)是第i时刻与第i‑1时刻飞行时间差在状态方程所占比重的系数,raw_data[i]是第i时刻的原始数据,raw_data[i‑1]是第i‑1时刻的原始数据;

步骤2.3:计算先验误差协方差;

步骤2.4:计算卡尔曼增益;

步骤2.5:更新后验估计;

步骤2.6:更新后验误差协方差;

步骤2.7:输出本次预测值;

步骤2.8:重复步骤2.2到2.7直到所有测试数据跑完,得出滤波前后数据的方差和均值;

步骤2.9:通过改变uinit、Qinit、Rinit的值,重复步骤2.2到2.8,得到不同的uinit、Qinit、Rinit情况下,原始数据在经过卡尔曼滤波前后的方差和均值,最终确定对应数据参数uoptimal、Qoptimal、Roptimal;

其中uoptimal、Qoptimal、Roptimal代表最优参数;

步骤3:通过步骤2对大量数据得出每个不同数据对应的uoptimal、Qoptimal、Roptimal的值,得到不同温度不同流量下其汇总表;

步骤4:通过公式拟合,得到uoptimal(T,F)、Qoptimal(T,F)、Roptimal(T,F)与温度T和流量F的关系式;

其中uoptimal(T,F)、Qoptimal(T,F)、Roptimal(T,F)为最优参数与温度T和流量F的函数。

2.如权利要求1所述的一种用于超声波水表数据滤波的卡尔曼滤波参数调试方法,其特征在于,步骤2.3中,计算先验误差协方差:Pminus[i]=Pplus[i‑1]+Q(t)其中,Pminus[i]是第i时刻的先验误差协方差,Pplus[i‑1]是第i‑1时刻的后验误差协方差,Q(t)与模型有关;

步骤2.4中,计算卡尔曼增益:

其中,Pminus[i]是第i时刻的先验误差协方差,R(t)与测量有关,K是卡尔曼增益;

所述步骤2.5中,更新后验估计:

Xplus[i]=Xminus[i]+K*(raw_data[i]‑Xminus[i])其中,Xplus[i]是第i时刻的预测结果的最优值;

所述步骤2.6中,更新后验误差协方差:

Pplus[i]=(1‑K)*Pminus[i]其中,Pplus[i]是第i时刻的后验误差协方差;

所述步骤2.7中,将本次预测值存储在列表的变量中,以便存储整个滤波后的数据。

3.如权利要求1或2所述的一种用于超声波水表数据滤波的卡尔曼滤波参数调试方法,其特征在于,所述步骤4的处理过程如下:根据采集到的不同温度,流量所对应的uoptimal、Qoptimal、Roptimal,进行数学上的线性拟合最终得到这三个参数与温度流量对应的关系方程,即:

2 2

uoptimal(T,F)=a0+a1F+a2T+a3F+a4FT+a5T

2 2

Qoptimal(T,F)=b1+b2F+b3T+b4F+b5FT+b6T

2 2

Roptimal(T,F)=c1+c2F+c3T+c4F+c5FT+c6T其中T为温度值,F为流量大小,a0~a5,b1~b6,c1~c6为参数与温度、流量间的关系系数。