包装、灌装及配料控制过程的滤波方式最优设定方法技术领域
本发明涉及一种在包装、灌装及配料控制过程中滤波方式最优设定方法。
背景技术
包装、灌装及配料的应用过程中存在下述问题：
1、由于滤波器的滤波方式(即滤波参数/方法)的调整需要较多的专业知
识，用户设置及调整滤波参数/方法较为困难。
2、由于滤波方式与包装流程参数之间存在相互影响关系，需要投入较多
的人力物力(一点点尝试及反复测试)才能将滤波参数设置及调整到最优。
3、在包装、灌装及配料的过程中存在称重斗或包装袋(无斗设备)晃动
等低频干扰，用户较难测试这些干扰的具体信息，从而造成用户较难通过现有
的滤波系统消除这些干扰的影响。
4、一些类型的进料器(螺旋或振动进料器等)存在低频的进料不均匀现
象，这些进料不均匀现象对控制效果存在影响，用户较难知道上述现象的控制
影响情况，从而较难消除该现象的控制影响。
上述这些情况既引起用户较难设置及调整滤波方式，又引起用户设置及调
整滤波方式的过程花费较多的时间及精力，还引起用户无法针对性的调整滤波
方式进行有效的消除干扰/现象的控制影响，从而造成包装、灌装及配料系统使
用困难或设备使用性能不佳问题。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种实现测试寻找既满足包装、
灌装及配料控制过程需求，又匹配控制干扰情况的最优控制性能的滤波方式
(即滤波参数/方法)的滤波方式最优设定方法。
具体的，本发明提供了一种包装、灌装及配料控制过程的滤波方式最优设定
方法，包括：
a.重复实施多次包装、灌装及配料控制过程，同时记录每一次控制过程中的
原始称重数据(source[n])及其控制状态数据(state[n])；
b.用多种滤波方式分别对每一原始称重数据进行滤波处理，以获得经滤波的
原始称重数据(source[n].filter[m])；
c.从该原始称重数据获得满足精度需求的稳定状态数据(source[n].stable)，
并且根据该控制状态数据从经滤波的原始称重数据中找出进料关断时刻的数据
(source[n].filtercontrol[m])；
d.计算将该稳定状态数据减去该进料关断时刻的数据后的数据的极差和标准
差；
e.根据该极差和标准差确定该多种滤波方式中的最优滤波方式。
较佳地，在上述的滤波方式最优设定方法中，该控制状态数据至少包括进料
关断时刻。
较佳地，在上述的滤波方式最优设定方法中，在该步骤c和该步骤d之间进
一步包括以下步骤：
在该经滤波的原始称重数据中，从该进料关断时刻起逆向寻找满足关断控制
的相邻数据点，并确定该相邻数据点与关断时刻之间的时间长度
(source[n].controlrange[m])；
根据该时间长度中的最小值来确定控制安全富裕时间(R)。
较佳地，在上述的滤波方式最优设定方法中，该极差通过将该稳定状态数据
减去该进料关断时刻的数据后的数据中的最大值减去最小值得到。
较佳地，在上述的滤波方式最优设定方法中，该步骤e进一步包括：
在该控制安全富裕时间内找出极差/标准差的最小值，并确定与该最小值相对
应的滤波方式为最优滤波方式。
较佳地，在上述的滤波方式最优设定方法中，在该步骤a之前，进一步包括：
设定控制阶段，该控制阶段包括快进料、慢进料或者快慢进料组合。
较佳地，在上述的滤波方式最优设定方法中，在步骤e之后，进一步包括：
将该最优滤波方式的进料关断时刻的数据更新为包装、灌装及配料的控制参
数。
较佳地，在上述的滤波方式最优设定方法中，在步骤e之后，进一步包括：
根据该最优滤波方式的时间长度确定该包装、灌装及配料控制过程的禁止比
较时间。
本发明可以在包装、灌装及配料过程中使用该方法找到与包装、灌装及配
料控制过程和干扰情况相适应的最优滤波方式(滤波参数/方法)，通过使用最
优的滤波方式协调控制过程与滤波器之间的配合关系，从而实现提高包装、灌
装及配料控制性能指标的目的。
本发明的优点至少在于：
1、通过测试分析控制时刻数据及该控制导致的控制结果之间的关系测试
控制性能。
2、通过一组测试一次完成全部滤波参数及方法测试。
3、通过对测试数据的分析获得流程的时间资源限制数据。
4、通过对测试数据的分析获得最佳滤波参数/方法。
5、通过时间资源限制数据自动修改控制流程的禁止比较时间参数。
6、通过最优滤波参数/方法数据自动修改控制流程的进料量及提前量参数。
应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明
性的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
附图说明
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一
部分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的
作用。附图中：
图1示出了根据本发明的滤波方式最优设定方法的基本步骤的流程图。
图2示出了快进料和慢进料控制阶段的对照关系。
图3示出了慢进料阶段控制阶段的时序。
图4示出了原始称重数据的一个实施例的示图。
图5示出了相邻数据点与关断时刻之间的时间长度的获取方法。
图6示出了不同滤波方式下的控制安全富裕时间的表现。
图7示出了控制精度分布情况的一个示例。
具体实施方式
在进料控制应用中，应用的包装、灌装及配料重量及完成时间用户需求指
标通过设备具体情况决定控制过程各个阶段能够花费的时间资源。
在包装、灌装及配料的应用过程中，进料阶段的控制过程对包装、灌装及
配料应用的控制性能影响最重，控制性能提升需求最显著。
进料阶段的控制过程一般包括快中慢三速进料、快慢双速进料或单速进料
控制过程(为了简化叙述的复杂性，以下以具有代表性的双速进料控制过程为
例进行说明)。
在进料控制过程中，进料控制过程的各个控制阶段的状态发生转换，状态
转换过程较为剧烈(流量变化和干扰剧烈)无法进行有效(满足控制性能需求)
的控制，滤波能够加速状态转换过程影响的消除速度，使控制系统能够更高效
的进行有效控制。在进料控制过程的各个阶段内部也存在影响控制性能的因素
(进料不均匀现象等)，这些因素的控制性能影响能够通过滤波的方法加以消
除。
应用需求决定的进料控制过程的各个阶段的时间资源限制滤波抑制干扰/
控制状态转换影响能够花费的时间资源的多少，滤波只能在这个时间资源限制
范围内工作。滤波器的噪音抑制效果以花费时间资源为代价，能够花费的时间
资源越多噪音抑制效果越好(控制数据精度越高)，这就造成了控制限定的时
间资源与滤波需要的时间资源之间的冲突。滤波花费的时间资源超过限制量将
导致控制过程受状态转换过程影响较重引起控制性能不稳定，滤波花费的时间
资源少于限定量将导致干扰影响不能有效消除引起控制性能较差，这造成存在
最优的滤波方式花费恰当的时间资源获得最优的控制性能。恰当的滤波方式能
够有效的协调流程与滤波器之间的关系，在进料的控制过程中获得最佳的控制
性能。通过测试不同的滤波方式的控制性能差异能够寻找到最优的滤波方式。
在进料控制过程的各个阶段，控制性能(控制精度和控制稳定性)可以通
过分析控制数据(比较器控制时刻数据)及对应产生的控制结果获得，控制性
能可测导致能够通过测试寻找到最优的滤波参数/方法。
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。
首先参考图1，该图示出了根据本发明的滤波方式最优设定方法100的基本
步骤的流程图。该包装、灌装及配料控制过程的滤波方式最优设定方法100具体
包括以下步骤：
步骤101：重复实施多次包装、灌装及配料控制过程，同时记录每一次控制过
程中的原始称重数据(source[n])及其控制状态数据(state[n])；
步骤102：用多种滤波方式分别对每一原始称重数据进行滤波处理，以获得经
滤波的原始称重数据(source[n].filter[m])；
步骤103：从该原始称重数据获得满足精度需求的稳定状态数据
(source[n].stable)，并且根据该控制状态数据从经滤波的原始称重数据中找出进
料关断时刻的数据(source[n].filtercontrol[m])；
步骤104：计算将该稳定状态数据减去该进料关断时刻的数据后的数据的极差
和标准差；
步骤105：根据该极差和标准差确定该多种滤波方式中的最优滤波方式。
以下结合如图2-图7所示的一个示例来讨论本发明的各种优选实施例。但，
本领域的技术人员应理解，以下详细讨论的示例并不构成对本发明的任何限
制。例如，各种优选实施例可以在不背离本发明的原理的基础上在上述各步骤
中选择性地组合、省略或者变换次序。
首先，可以先设定控制阶段，然后开始整个测试过程。该控制阶段可以包括
快进料、慢进料或者快慢进料组合。例如，测试快进料阶段只要进行快进料控制
过程，测试慢进料阶段需要完成快进料阶段的控制流程部分以便引进前面控制
流程阶段对测试流程阶段的影响，如图2和图3所示。此外，测试进料控制结
束后需要等待一段稳定时间以确保测试到稳定的控制结果数据。
接着，重复实施多次(例如重复n次)包装、灌装及配料控制过程，同时记
录每一次控制过程中的原始称重数据source[n]及其控制状态数据state[n]，步骤
101。例如，图4示出了原始称重数据的一个实施例的示图。控制状态数据例如
是指当实际称重数据达到预设值时系统发出的进料关断命令所引起的控制数
据变化(如高电平变成低电平)，且该控制状态数据优选包括进料关断时刻。
用多种滤波方式(例如m为滤波参数/方法个数)分别对每一原始称重数据
进行滤波处理，以获得经滤波的原始称重数据source[n].filter[m]，步骤102。该多
种滤波方式例如分别由不同的滤波器来实现，例如不同的滤波器涉及不同的滤波参
数和/或滤波方法。
然后，从该原始称重数据获得满足精度需求的稳定状态数据source[n].stable，
并且根据该控制状态数据从经滤波的原始称重数据中找出进料关断时刻的数据
source[n].filtercontrol[m]，步骤103。
比如，获得满足精度需求的稳定状态数据source[n].stable的步骤例如包括根
据state[n]数据的稳定状态数据(称重motion判断算法获得符合判断设置精度
需求稳定数据)获得该满足精度需求的稳定状态数据。同时，根据state[n]数
据的进料关断时刻，从source[n].filter[m]数据中找到进料关断时刻的各个滤波参
数/方法数据，设其数据为source[n].filtercontrol[m]。
较佳地，可以在该经滤波的原始称重数据source[n].filter[m]中，从该进料关断
时刻起逆向寻找满足关断控制的相邻数据点，即一开始不满足就放弃后续数据的
寻找，并确定该相邻数据点与关断时刻之间的时间长度source[n].controlrange[m]，
如图5所示。
接着，还可以根据该时间长度source[n].controlrange[m]中的最小值来确定控制
安全富裕时间(R)，通过预留一定安全时间的办法确定可安全控制的滤波参数
/方法范围。例如，图6示出了不同滤波方式下的控制安全富裕时间的表现，其中
滤波方式1的控制安全时间最大，同时滤波方式5相对最不安全。
计算将该稳定状态数据source[n].stable减去该进料关断时刻的数据
source[n].filtercontrol[m]以获得source[n].controlresult[m]数据，这样可以统一
数据分析基础。然后，计算source[n].controlresult[m]数据的极差和标准差，步
骤104。其中，该极差通过将该稳定状态数据减去该进料关断时刻的数据后的数据
中的最大值减去最小值得到，即极差＝最大值-最小值。
最后，根据该极差和标准差确定该多种滤波方式中的最优滤波方式，步骤105。
较佳地，可以在该控制安全富裕时间R内找出极差/标准差的最小值，并确定与该
最小值相对应的滤波方式为最优滤波方式。
图7示出了控制精度分布情况的一个示例。在图7的示例中，滤波方式2
的噪声抑制不住，滤波方式5的控制不可靠，而滤波方式4才是最佳的滤波方
式。
另，在确定了最佳的滤波方式之后，还可以将该最优滤波方式的进料关断
时刻的数据更新为包装、灌装及配料的控制参数。例如，可以将最优滤波参数/方
法X的source[n].filtercontrol[X]数据的均值确定对应的重量关断值，该值为流
程控制所需参数。此外，还可以根据该最优滤波方式的时间长度
source[n].controlrange[X]确定该包装、灌装及配料控制过程的禁止比较时间。
综上，使用本发明的方法测试并找到最优的滤波方式将既解决了控制流程
与滤波之间的时间资源冲突问题，又解决了干扰情况与滤波之间的配合问题，
既方便了用户使用又提高了系统性能，对改善产品的用户体验和提高系统的使
用性能均有重要意义。
本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和
变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要
求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。