智能控制技術(shù)在工程機械控制中的應(yīng)用

摘要：自動化系統(tǒng)在工程機械控制方面有著廣泛的應(yīng)用，智能控制技術(shù)作為自動化控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是未來機械發(fā)展的重要方向。本篇文章從智能化技術(shù)出發(fā)，闡述了智能化技術(shù)運用的主要內(nèi)容，并根據(jù)挖掘機以及壓路機的應(yīng)用狀況進行實例解析。

關(guān)鍵詞：工程機械；智能化系統(tǒng)；實際運用

伴隨著工作量的加大以及工作環(huán)境的惡化，工程機械施工對施工人員的技術(shù)水平提出了很大的挑戰(zhàn)。即便如此，安全事故的發(fā)生次數(shù)仍然居高不下，為了降低工作人員的操作難度，保證施工人員的人身安全，做好工程機械中智能化控制系統(tǒng)的研究已經(jīng)勢在必行。

1.工程機械自動化應(yīng)用現(xiàn)狀

智能化控制其實就是將人工智能系統(tǒng)引進到了機械控制當(dāng)中，相對于傳統(tǒng)的人工機械操作來說，智能化系統(tǒng)在一定程度上添加了人腦的某些因素，使機械有了很好的適應(yīng)能力。智能化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將機械的每個環(huán)節(jié)例如發(fā)動機、剎車系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)都納入到了一個界面之上，工作人員只需要下達相應(yīng)的指令即可進行施工，不需要繁雜的技術(shù)操作，不僅僅方便了施工人員的操作，而且操作的質(zhì)量也會有所提升[1]。下面就常用的幾種智能化控制機械進行介紹：

1.1.鑿巖車

鑿巖車是石料開采工程中的重要機械，傳統(tǒng)的機械在開鑿之前需要對土質(zhì)進行測驗，然后根據(jù)測驗的相關(guān)數(shù)據(jù)決定機械的運行參數(shù)。智能化控制技術(shù)在鑿巖車上的使用可以簡化之前的準備環(huán)節(jié)，設(shè)備能夠根據(jù)自身的運行狀況進行自主調(diào)整例如鉆進速度、回旋速率，操作人員不需要置身于具體的操作當(dāng)中，只需要對機械進行監(jiān)控即可。

2.1.自動裝卸車

自動裝卸車是智能化控制機械的高端產(chǎn)物，目前也只是在某些先進的西方國家中出現(xiàn)，自動裝卸車的控制全程不需要人工的參與，實現(xiàn)了無人駕駛的目的。它的使用原理主要是通過激光傳感設(shè)備與GPS技術(shù)的融合，促使裝卸車的自動作業(yè)。

1.3.挖掘機

挖掘機的工作負荷量往往會比較大，對操作的精準度也有很高的要求。操作失誤不僅會使施工的質(zhì)量無法達標(biāo)，甚至?xí)绊懙绞┕と藛T的人身安全。智能化系統(tǒng)能夠?qū)ν诰驒C的工作目標(biāo)進行測定，根據(jù)鏟斗在施工中所遇阻力的大小選擇挖掘機的運行功率，很大程度上的提升了工作效率。

1.4.壓路機

與鑿巖機相似，壓路機在進行碾壓施工之前也需要對實際的現(xiàn)場情況進行人工測量，測量的主要內(nèi)容有瀝青的溫度、鋪設(shè)的厚度等，然后根據(jù)實際測量的數(shù)據(jù)決定壓路機的運行參數(shù)和碾壓次數(shù)。智能化系統(tǒng)能夠?qū)β访娴臏囟取⒂捕鹊纫蛩剡M行測量，自動匹配設(shè)備運行的參數(shù)，簡化了施工之前的測量環(huán)節(jié)[2]。

2.工程機械智能化研究的主要內(nèi)容

2.1.工程機械對作業(yè)對象信息的識別

2.1.1.超聲波傳感技術(shù)

超聲波傳感器主要是用來解決特殊環(huán)境下距離測量的難題，它主要是根據(jù)聲波發(fā)射器和聲波接收器兩個設(shè)備來進行距離測量的，聲波發(fā)射器發(fā)射聲波，然后到達目的地之后聲波會原路返回，智能系統(tǒng)根據(jù)聲波返回的時間進行測算，就可以得到施工的距離。

2.1.2.激光掃描技術(shù)

激光是利用光的反射原理對距離進行測量，相對于超聲波傳感器而言，激光掃描得到的數(shù)據(jù)精準度較高。但是，激光掃描技術(shù)對環(huán)境的要求比較高，如果測量環(huán)境中含有大量的粉塵，就會使激光的傳輸速率下降，從而造成最終結(jié)果的偏差。因此，在對聲波和激光兩種技術(shù)進行選擇時，要對施工現(xiàn)場的條件進行具體判定。

2.1.3.圖像處理技術(shù)

圖像處理技術(shù)的發(fā)展進度相對比較緩慢一些，原因在于圖像處理設(shè)備需要對大范圍的環(huán)境信息進行測量，這對傳感器的技術(shù)有著很高的要求，再加上圖像處理技術(shù)需要在短時間內(nèi)對收集而來的數(shù)據(jù)進行處理，加大了技術(shù)研發(fā)的難度。

2.1.4.自動化識別技術(shù)

自動識別技術(shù)采用的是智能傳感系統(tǒng)，它能夠?qū)C械運動的具體環(huán)節(jié)進行控制，將力度、軌跡、功率等因素納入到智能化控制系統(tǒng)之中，機械內(nèi)部的計算機能夠?qū)κ占臄?shù)據(jù)進行分析，然后向機械的各個環(huán)節(jié)下達操作指令，從而實現(xiàn)機械的智能化控制[3]。

2.2.工程機械對環(huán)境的適應(yīng)性作業(yè)

工程機械在施工中受很多因素的影響，施工環(huán)境的變化帶動了施工機械的參數(shù)變化，如果機械不能夠?qū)ν庠诃h(huán)境的具體變化做及時的反應(yīng)，就會影響整個施工的進程。下面就對工程機械的適用性進行介紹：

2.2.1.導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)主要是通過傳感器的組合來實現(xiàn)的，內(nèi)部傳感器是導(dǎo)航系統(tǒng)的核心，主要包括編碼器、回轉(zhuǎn)儀等設(shè)備，他們能夠合理的規(guī)劃設(shè)備的移動方向，而且可以調(diào)整行進的速度。由于內(nèi)部傳感器在工程機械中的應(yīng)用并不是很完善，所以在運作時中會存在著一定的數(shù)據(jù)偏差，為了保證數(shù)據(jù)的準確性，就需要外部傳感器的使用，以對數(shù)據(jù)的偏差進行修正。目前，外部傳感器技術(shù)主要包括電磁和光反兩種：

通過對機械的行走線路進行分析，找出機械在移動中出現(xiàn)錯誤的位置，并對位置進行標(biāo)記，然后在錯誤位置上鋪設(shè)電磁設(shè)備，使該位置形成一個電力磁場，當(dāng)機械移動到該位置時，磁場能夠引導(dǎo)機械回歸到正常的軌道之上，從而使機械的移動線路得到修正。

光學(xué)反射技術(shù)在黑暗的施工環(huán)境下有著很好的導(dǎo)向效果。一般情況下，這種技術(shù)都是應(yīng)用于地下工程之中，通過光線的反射作用找到機械移動的具體方向，從而對機械實施控制。為了防止機械在拐彎時出現(xiàn)碰撞，需要在通道拐彎的地方設(shè)置明顯的路標(biāo)，然后利用光線反射加以識別。

3.實例分析

為了對智能化系統(tǒng)在機械控制方面做進一步的剖析，下面筆者就以履帶式液壓挖掘機和全液壓振動壓路為例，對智能化機械控制系統(tǒng)進行介紹：

3.1.挖掘機的智能控制方法

3.1.1負載適應(yīng)控制

通常情況下，挖掘機的工作都不是局限于一種動力，挖掘機根據(jù)實際情況可以對多個動力進行選擇。但是，無論是哪一種功率模式，其發(fā)動機的輸出功率都是在一個固定的數(shù)值之上，既不會過大，也不會過小。為了適應(yīng)多種情況下挖掘機的智能化控制，技術(shù)人員一般會對挖掘機的參數(shù)進行設(shè)定，保證泵的拉伸功率始終大于或者等于發(fā)動機的額定功率，這就使發(fā)動機得到了有效的利用，不僅保證了挖掘機能夠持續(xù)穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，還可以降低發(fā)動機運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的能源和設(shè)備損耗。

3.1.2.動力適應(yīng)控制

動力適應(yīng)控制技術(shù)是挖掘機智能控制系統(tǒng)的典型，它能夠?qū)ψ鳂I(yè)環(huán)境進行數(shù)據(jù)收集，然后通過計算機的分析，將數(shù)據(jù)指令進行傳達，最終依靠挖掘機的動力系統(tǒng)來實現(xiàn)。例如挖掘機在進行挖掘作業(yè)時，如果挖掘的土質(zhì)較為堅硬，就會使挖掘的難度增加，挖掘機的智能系統(tǒng)會對鏟斗傳輸過來阻力程度進行分析，發(fā)動機會根據(jù)計算機傳來的指令增加輸出功率，從而達到挖掘的目的。動力適應(yīng)裝置的采用，有效的避免了人工操作的局限性，使挖掘質(zhì)量有了數(shù)據(jù)性的支持。

3.1.3.控制方法

智能技術(shù)對挖掘機的控制主要是通過挖掘機的液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)，智能系統(tǒng)將施工條件進行數(shù)字化轉(zhuǎn)變，然后經(jīng)過智能系統(tǒng)的運算對液壓設(shè)備的參數(shù)進行設(shè)定。檢測的數(shù)據(jù)主要包括泵的吸收能力、輸油能力等等，有的智能化系統(tǒng)相對比較完整一些，可能會對控制桿的移動距離進行測量，這些微小數(shù)據(jù)的測量，會使智能化系統(tǒng)的準確程度大大提高。

3.2.壓路機的控制策略

3.2.1.自我調(diào)節(jié)

壓路機根據(jù)施工質(zhì)量的大體要求進行設(shè)備運行參數(shù)的設(shè)定，然后通過在實際作業(yè)中的具體應(yīng)用，逐步找到質(zhì)量控制的具體數(shù)據(jù)，從而達到自我調(diào)節(jié)的目的。智能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)主要體現(xiàn)在壓路機的推進速度、振動輪的振幅和振動頻率之上，如果路面的硬實度沒有達到施工的要求，壓路機就會減緩?fù)七M的速度，通過加大振幅和頻率的方法，對路面進行進一步的碾壓，直至達到施工的標(biāo)準。

3.2.2.控制方法

智能系統(tǒng)通過對振動輪的振動頻率和振幅等數(shù)據(jù)進行檢測，判斷路面的壓實度是否達到指定要求[4]。目前，有一種叫BTM-E全新的智能控制系統(tǒng)能夠?qū)β访娴奈锢碜兞窟M行測定，通過路面的負載和變形得到最終的數(shù)據(jù)。

結(jié)束語：

智能化控制系統(tǒng)使人工智能化在工程機械中的應(yīng)用變?yōu)榭赡?。隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化時代的推進，這種智能技術(shù)將得到更進一步的提升。為此，做好智能化技術(shù)在工程機械控制中的研究，對企業(yè)的未來發(fā)展有著重要的意義。

參考文獻：

[1]王樹明.智能化技術(shù)在工程機械上的應(yīng)用[J].山東交通學(xué)院.2011（05）

[2]張宏.智能控制技術(shù)在工程機械上的應(yīng)用[J].徐工研究院.2012（07）

[3]呂昊.工程機械上智能技術(shù)的應(yīng)用[J].大慶石油管理局長春機械廠.2012（11）

[4]魏洪興.智能化工程機械及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].北京航空航天大學(xué).2011（17）

作者簡介：

王明冬（1976.12-）男，漢族，高級實習(xí)指導(dǎo)教師，高級技師，大學(xué)本科學(xué)歷，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），研究方向：控制工程