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专利号: 2016104745898
申请人: 湖南师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种改进的汽车衡称重方法,其特征是包括建立称重模型、构造约束条件模型、称重模型离线训练和在线称重步骤:

1)所述称重模型为三层的BP神经网络,其网络结构如下:

第一层为输入层,输入层的神经元数量I为称重传感器的路数,同时I也是输入层神经元的数量;

第二层为隐含层,隐含层的神经元数量 隐含层激励函数采用

Sigmoid函数,L为输出层神经元的数量;

第三层为输出层,输出层的神经元数量L为1个;输出层激励函数采用线性函数;输出层的神经网络输出 为:式(1)中,ω为神经网络输入层到隐含层的权矩阵,ωT为神经网络输入层到隐含层的权矩阵的转置矩阵,ωm,i为输入层第i路输入到隐含层的第m个神经元的连接权值(i=1,

2,…,I;m=1,2,…,M),ω=[ω1,1,ω1,2,…,ω1,I;…;ωM,1,ωM,2,…,ωM,I];b(1)为隐含层偏置向量, 为隐含层第m个神经元的偏置值(m=1,2,…,M), V为隐含层到输出层的权向量,VT为隐含层到输出层的权向量的转置向量,vm为隐含层第m个神经元到输出层的连接权值(m=1,2,…,M),V=[v1,v2,…,vM];b(2)为输出层偏置值,X为神经网络输入向量,xi为输入层第i路输入,M为神经网络隐含层的神经元数量;

2)所述约束条件模型为称重模型的输入层-隐含层权值向量的相邻元素的平方和最小,即

3)所述称重模型离线训练,是在微处理器与外部专用计算机连接后,首先利用微处理器采集训练样本,然后基于称重模型和约束条件模型,利用外部专用计算机进行训练,训练完成后,称重模型的参数被存储在微处理器或外部存储器中,之后外部专用计算机被撤离;

4)所述在线称重即实际称重,此时,微处理器采集I路称重传感器的输出信号经过数据预处理后作为称重模型的输入,同时调用保存在微处理器或外部存储器中的神经网络参数(即ω、V、b(1)、b(2)),一起代入式(1)所示的称重模型,计算获得称重结果,完成在线称重。

2.根据权利要求1所述的改进的汽车衡称重方法,其特征是所述步骤3)按以下步骤进行:ⅰ)采集训练样本:将不同重量的标准砝码随机加载在汽车衡秤体上,微处理器采集I路称重传感器的输出信号,经过数据预处理后获得I路输入向量X,之后将标准砝码值与采集获得的I路输入向量作为训练样本(Xj,zj),其中,zj为标准砝码的重量,j为第j次采集的样本,并将样本传输并保存在外部专用计算机中;

ⅱ)构造训练样本目标函数E,其计算公式为:

式(3)中,ε为平滑因子,其值通过实验确定;J为训练样本的数量, 为当输入向量是Xj时的神经网络输出,j=1,2,…,J;

ⅲ)分别求ω、b(1)、V和b(2)的增量△ωm,i、 △vm,△b(2),并对ω、b(1)、V和b(2)进行更新,它们的计算公式为:式(4)中,η为学习率,取值范围为:0<η≤1,具体值通过实验确定;am为隐含层第m个神经元的输出值;

式(5)中, b(2)new、 分别为vm、b(2)、ωm,i、 更新后的值, b(2)old、分别为vm、b(2)、ωm,i、 更新前的值,式(4)、(5)中,m=1,2,…,M,i=1,2,…,I,式(6)中,xi为输入层第i路输入;

ⅳ)设置训练初始条件,利用外部专用计算机,按照公式(3)、(4)、(5)进行设定数量的训练,使训练样本产生的误差值在设定范围内,分别获得输入层到隐含层的权矩阵ω、隐含层偏置向量b(1)、隐含层到输出层的权向量V、输出层偏置值b(2)的最终值,保存在微处理器或外部储存器,并撤掉外部专用计算机,为在线称重做准备。