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专利号: 2020100924927
申请人: 金陵科技学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种噪声环境下多维力传感器的解耦方法,具体步骤如下,其特征在于:步骤1,通过信号调理电路和采集系统获取传感器输出电压U与标准砝码重量(力)F相对应的标定数据;

步骤2,将步骤1中获得的标定数据添加噪声,其中信噪比控制在20~30dB之间;

步骤3,将步骤2中生成的多组噪声样本顺序依次拼接,同时进行归一化处理,形成新的数据样本;

步骤4,将步骤3中获取的样本输入到深度神经网络(DNN)中进行训练,并判断是否达到模型收敛的条件,若达到条件,跳转至步骤4,否则继续执行步骤2;

步骤5,模型训练结束,并将训练得到的模型嵌入传感器采集系统,最终应用于实际工业现场。

2.根据权利要求1所述的一种噪声环境下多维力传感器的解耦方法,其特征在于:步骤

1中传感器输出电压U与力F在简化模型中满足:式中,C为权重系数矩阵,b为偏重系数矩阵。上式可简化为UC+b=F,对实际应用来说,U与F之间的映射模型更加复杂。

3.根据权利要求1所述的一种噪声环境下多维力传感器的解耦方法,其特征在于:步骤

2中获得加噪数据的过程可以表示为:

Uprocess=Unoise+U

式中,U为原始电压数据,Unoise为高斯白噪声数据,Uprocess表示加噪后得到的数据。

信噪比的定义如下:

式中,Ps表示信号的功率,Pn表示噪声的功率。

4.根据权利要求1所述的一种噪声环境下多维力传感器的解耦方法,其特征在于:步骤

3中样本数据的归一化处理至[0,1]可以表示为:式中,Unor为归一化后的数据,min和max分别表示最小值和最大值。

5.根据权利要求1所述的一种噪声环境下多维力传感器的解耦方法,其特征在于:步骤

4中DNN训练过程的具体步骤为:

步骤4.1,根据DNN的输出Fo和输入U对应的实际值F,求得DNN的损失函数,本发明采用均方根误差损失函数,其表达式如下:式中,N表示训练样本总数,k表示力传感器的采集维数。

步骤4.2,利用梯度下降法反向修正DNN的各连接层之间的权重系数W:式中,α为模型的学习率。

步骤4.3,利用梯度下降法反向修正DNN的各连接层之间的偏置系数b:步骤4.4,如果损失函数E小于e-4或得到迭代终止次数,则认为模型训练完成,否则继续执行步骤4。