計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

周武強(qiáng)，李敬偉

（洛陽(yáng)理工學(xué)院，河南　洛陽(yáng)　471023）

計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用研究

周武強(qiáng)，李敬偉

（洛陽(yáng)理工學(xué)院，河南洛陽(yáng)471023）

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中也得到了廣泛的應(yīng)用.利用該技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工程機(jī)械設(shè)備的有效控制，從而在提高設(shè)備工作效率的同時(shí)，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命.基于這種認(rèn)識(shí)，本文對(duì)計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在挖掘機(jī)、壓路機(jī)和起重機(jī)這三種典型工程機(jī)械上的應(yīng)用展開(kāi)了分析，以便進(jìn)一步了解該技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用情況.

計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)；工程機(jī)械領(lǐng)域；應(yīng)用

與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備相比較，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化水平和智能化水平在不斷提高.而將智能控制技術(shù)與工程機(jī)械技術(shù)有效的結(jié)合起來(lái)，則能夠利用智能的方法解決無(wú)法利用數(shù)學(xué)方法解決的機(jī)械設(shè)備控制問(wèn)題，從而使工程機(jī)械設(shè)備具有自適應(yīng)能力，繼而更好的提高工程機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率.因此，有必要對(duì)計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域中的應(yīng)用問(wèn)題展開(kāi)研究，從而更好的促進(jìn)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展.

1　計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)分析

早在上世紀(jì)50年代，控制理論就已經(jīng)形成.而經(jīng)過(guò)了十幾年的發(fā)展，控制理論開(kāi)始與人工智能、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等技術(shù)理論相融合，從而形成了計(jì)算機(jī)智能控制理論.利用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，可以使以往復(fù)雜多樣的控制問(wèn)題得到解決，所以該技術(shù)已經(jīng)成為了人工智能和自動(dòng)控制領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容.就目前來(lái)看，計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)包含專家控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、模糊控制和異常算法控制等多種技術(shù)[1].在航天航空控制、能源系統(tǒng)控制和智能機(jī)器人控制等方面，計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)都得到了應(yīng)用.而在工程機(jī)械領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在挖掘機(jī)、壓路機(jī)和起重機(jī)等機(jī)械設(shè)備上都得到了應(yīng)用，從而為推動(dòng)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展做出了一定的貢獻(xiàn).

2　計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1智能控制技術(shù)在挖掘機(jī)控制上的應(yīng)用

2.1.1控制策略

就目前來(lái)看，使用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)進(jìn)行挖掘機(jī)控制可以采取兩種策略.一方面，可以進(jìn)行設(shè)備的負(fù)載適應(yīng)控制，以便進(jìn)行挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出的控制.采取該種控制策略，挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率一定，但是液壓系統(tǒng)可以通過(guò)自身調(diào)節(jié)進(jìn)行設(shè)備動(dòng)力輸出的適應(yīng).另一方面，可以進(jìn)行挖掘機(jī)動(dòng)力適應(yīng)控制.具體來(lái)講，就是根據(jù)實(shí)際工作情況進(jìn)行挖掘機(jī)動(dòng)力輸出.

2.1.2控制方法

想要采取負(fù)載適應(yīng)控制技術(shù)進(jìn)行挖掘機(jī)控制，需要進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率恒定的幾種動(dòng)力選擇模式的設(shè)置，即最大功率模式、經(jīng)濟(jì)功率模式和標(biāo)準(zhǔn)功率模式，并且在液壓泵上進(jìn)行匹配的功率曲線的設(shè)置.使用傳感器控制技術(shù)，則能夠根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率進(jìn)行更大的泵吸收功率的設(shè)定，從而使液壓系統(tǒng)進(jìn)行功率的充分吸收.同時(shí)，使用該種控制技術(shù)，可以調(diào)節(jié)泵的吸收率，并且進(jìn)行負(fù)載和設(shè)備動(dòng)力輸出的調(diào)節(jié).而采取動(dòng)力適應(yīng)控制技術(shù)，需要使用自動(dòng)控制模式進(jìn)行設(shè)備動(dòng)力輸出的控制.在這一過(guò)程中，設(shè)備液壓系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)將始終處在自動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)，可以使燃油消耗和作業(yè)效率相互平衡[2].而無(wú)論使用哪種控制技術(shù)，都需要進(jìn)行液壓系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的檢測(cè).具體來(lái)講，就是需要對(duì)挖掘機(jī)液壓系統(tǒng)中的泵輸油壓力、機(jī)構(gòu)工作壓力、泵控制壓力、系統(tǒng)流量和手柄位移量進(jìn)行檢測(cè).根據(jù)這些信息，則可以利用模糊控制理論進(jìn)行設(shè)備所需功率大小和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的推算，然后利用油門(mén)執(zhí)行器使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到理想輸出功率.

2.1.3應(yīng)用分析

在現(xiàn)實(shí)生活中，計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)已經(jīng)在挖掘機(jī)上得到了應(yīng)用.美國(guó)的卡特匹勒公司通過(guò)將主泵控制系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)安裝在挖掘機(jī)上，使得設(shè)備發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率能夠自動(dòng)進(jìn)行液壓系統(tǒng)功率的適應(yīng).使用該種挖掘機(jī)，設(shè)備將根據(jù)載荷情況實(shí)現(xiàn)主泵輸出功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)，所以能夠進(jìn)行主泵輸出功率的平穩(wěn)控制，并且使挖掘機(jī)保持較高的工作效率.日本生產(chǎn)的挖掘機(jī)則配有ITCS自控系統(tǒng)，可以自動(dòng)進(jìn)行操作手柄動(dòng)作的監(jiān)測(cè)，并且通過(guò)模糊推理進(jìn)行設(shè)備作業(yè)類型的識(shí)別，然后進(jìn)行操作系統(tǒng)的控制[3].同時(shí)，該挖掘機(jī)還能夠進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的電子監(jiān)控，并且進(jìn)行液壓系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié).如果挖掘機(jī)的負(fù)荷較低，則可以進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)降低，從而使挖掘機(jī)保持輕松的工作狀態(tài).此外，通過(guò)為挖掘機(jī)配備“探望信息系統(tǒng)”，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)和工作位置等信息的遠(yuǎn)距離傳送.

2.2智能控制技術(shù)在壓路機(jī)控制上的應(yīng)用

2.2.1控制策略

使用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)進(jìn)行壓路機(jī)的控制，需要根據(jù)設(shè)定質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行設(shè)備鋪層壓實(shí)效果的檢測(cè)，然后通過(guò)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自適應(yīng)控制尋求有效解決方案，繼而達(dá)成壓路機(jī)作業(yè)質(zhì)量目標(biāo).所以，使用的控制系統(tǒng)需要將檢測(cè)的數(shù)據(jù)與設(shè)定目標(biāo)進(jìn)行分析對(duì)比，然后進(jìn)行壓路機(jī)壓實(shí)作業(yè)性能參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整.具體來(lái)講，就是通過(guò)調(diào)整壓路機(jī)振動(dòng)輪振幅、設(shè)備行駛速度和振動(dòng)輪振動(dòng)頻率等參數(shù)，從而取得均勻一致的壓實(shí)效果.但實(shí)際上，壓路機(jī)壓實(shí)決策將受到鋪層厚度、混合料溫度和環(huán)境溫度等多種因素的影響[4].因此，還需要擁有大量的數(shù)據(jù)知識(shí)積累，才能夠提高設(shè)備智能化水平.

2.2.2控制方法

城鄉(xiāng)供水各自為政，“多龍管水”現(xiàn)象突出，不能適應(yīng)現(xiàn)代化和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要求；缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃及與其相適應(yīng)的管理機(jī)制，造成了重復(fù)投資，特別是鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來(lái)水廠建設(shè)，一鎮(zhèn)一廠，甚至一村一廠，造成供水基礎(chǔ)設(shè)施不能共建共享，能力得不到充分發(fā)揮，有的地方政府出于本位主義及眼前利益，對(duì)水資源的開(kāi)發(fā)、利用與保護(hù)缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，無(wú)法實(shí)現(xiàn)水資源的優(yōu)化配置與統(tǒng)一調(diào)度。

從理論上來(lái)講，壓路機(jī)振動(dòng)輪內(nèi)旋轉(zhuǎn)偏心產(chǎn)生的振動(dòng)是正弦曲線.在壓路機(jī)運(yùn)行的過(guò)程中，曲線將受到地震振動(dòng)的擾動(dòng).而地面硬度越大，曲線受到的擾動(dòng)就越大.對(duì)振動(dòng)輪加速度進(jìn)行快速傅里葉變換處理，就可以得到地面壓實(shí)的數(shù)據(jù).同時(shí)，根據(jù)壓實(shí)土壤的載荷和土壤變形結(jié)果的相互作用，就可以進(jìn)行土壤動(dòng)態(tài)硬度模量的計(jì)算.而使用瀝青管理者，就可以實(shí)現(xiàn)壓路機(jī)壓實(shí)性能的自動(dòng)測(cè)量和控制，并且進(jìn)行最優(yōu)化壓實(shí)參數(shù)的連續(xù)提供[5].操作者在進(jìn)行壓路機(jī)的操縱時(shí)，則可以根據(jù)顯示器上的瀝青溫度變化進(jìn)行壓實(shí)度的增加.需要注意的是，壓路機(jī)關(guān)鍵部件就是可調(diào)頻調(diào)幅的振動(dòng)輪.而振動(dòng)輪結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，還要通過(guò)將采集的鋪層信息輸入到控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后通過(guò)分析和比較對(duì)設(shè)備作業(yè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整.

2.2.3應(yīng)用分析

早在上世紀(jì)80年代，國(guó)外就在壓路機(jī)上應(yīng)用了計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù).目前，德國(guó)的BOMAG公司生產(chǎn)的智能壓路機(jī)的智能控制水平較高，已經(jīng)發(fā)展至第5代.利用壓實(shí)狀態(tài)控制的測(cè)量技術(shù)，該種壓路機(jī)可以通過(guò)測(cè)量振動(dòng)輪的加速度進(jìn)行土壤硬度的計(jì)算，然后通過(guò)調(diào)節(jié)振動(dòng)輪速度進(jìn)行壓實(shí)狀態(tài)的控制.而通過(guò)在壓路機(jī)上進(jìn)行BTM-E系統(tǒng)的配置，則可以進(jìn)行5個(gè)壓實(shí)值的預(yù)設(shè)，然后通過(guò)使用自動(dòng)化調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行均勻壓實(shí).此外，通過(guò)使用土壤壓實(shí)綜合定位系統(tǒng)，則能夠使壓路機(jī)的位置得到精確測(cè)量.同時(shí)，使用該系統(tǒng)也能過(guò)獲得振動(dòng)輪標(biāo)高，并且通過(guò)與前一鋪層標(biāo)高比較得到鋪層的厚度[6].在此基礎(chǔ)上，操作人員就可以更精確的進(jìn)行壓路機(jī)參數(shù)的選擇，從而做好設(shè)備的控制.

2.3智能控制技術(shù)在起重機(jī)控制上的應(yīng)用

2.3.1控制策略

在起重機(jī)方面應(yīng)用計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)，主要需要對(duì)起重機(jī)的深挖、開(kāi)閉斗等內(nèi)容進(jìn)行控制，以便做好起重機(jī)力矩受力的平衡分配，并且保持起重機(jī)位置同步.所以，利用智能控制技術(shù)需要進(jìn)行起重機(jī)抓斗位置的實(shí)時(shí)測(cè)量，同時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開(kāi)閉斗.而通過(guò)使用智能控制技術(shù)進(jìn)行抓斗位置的修正，則可以使抓斗力矩受力平衡.在此基礎(chǔ)上，還要利用智能控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)抓斗力矩和方式的精確控制，從而在降低起重機(jī)操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)物料抓取的最大化.

在起重機(jī)控制方面，可以使用變頻調(diào)速技術(shù)和PLC控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制目標(biāo).通過(guò)在起重機(jī)上安裝變頻調(diào)速系統(tǒng)，可以根據(jù)起重機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行起重機(jī)各個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的速度進(jìn)行調(diào)節(jié).具體來(lái)講，就是通過(guò)控制各結(jié)構(gòu)的加速、減速時(shí)間實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)速度控制，從而使起重機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的加速和減速振動(dòng)得到減小.而使用該技術(shù)可以使起重機(jī)在啟動(dòng)和制動(dòng)的過(guò)程中平穩(wěn)運(yùn)行，并且使起重機(jī)的能耗得到減小，從而使起重機(jī)的使用壽命得到延長(zhǎng).此外，變頻器本身具有故障診斷和設(shè)備監(jiān)測(cè)的功能，所以能夠使起重機(jī)電控系統(tǒng)的可靠性得到提高.因?yàn)?，?yīng)用變頻調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電路的無(wú)觸點(diǎn)化，所以能夠避免系統(tǒng)的電刷、電動(dòng)機(jī)電阻和主接觸器產(chǎn)生故障.而將變頻調(diào)速技術(shù)與PLC控制技術(shù)結(jié)合起來(lái)，則能夠使操作人員利用控制器上的操作開(kāi)關(guān)、按鈕，實(shí)現(xiàn)設(shè)備各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行、調(diào)速和停止等操作控制.此外，利用PLC控制技術(shù)還能夠科學(xué)進(jìn)行起重機(jī)速度編碼，所以能夠使鋼絲繩受力均勻，從而避免設(shè)備遭到損壞.

2.3.3應(yīng)用分析

就目前來(lái)看，德國(guó)一些大型企業(yè)在起重機(jī)上進(jìn)行了計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)的應(yīng)用.在生產(chǎn)起重機(jī)的過(guò)程中，利用模糊控制器將防搖實(shí)際操作數(shù)據(jù)和有經(jīng)驗(yàn)司機(jī)的操作數(shù)據(jù)輸入到起重機(jī)控制系統(tǒng)中.而通過(guò)啟動(dòng)起重機(jī)控制指令，則能夠?qū)崿F(xiàn)這些數(shù)據(jù)的數(shù)字化定量處理，從而使微處理能夠進(jìn)行起重機(jī)的自如操作.不同于德國(guó)，英國(guó)生產(chǎn)的一些起重機(jī)上安裝的是進(jìn)場(chǎng)感應(yīng)系統(tǒng).利用該系統(tǒng)，可以對(duì)起重機(jī)運(yùn)行進(jìn)行無(wú)線遙控，并且從遠(yuǎn)控發(fā)射機(jī)上了解設(shè)備載重量[7].此外，該類起重機(jī)還裝有自診斷系統(tǒng)，可以對(duì)起重機(jī)載荷、鋼絲繩情況和減速器油溫油位等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量.

3　結(jié)論

總而言之，工業(yè)發(fā)展離不開(kāi)工程機(jī)械.而隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，從而使工程機(jī)械開(kāi)始向著智能化、人性化和高效化的方向發(fā)展.所以，相關(guān)人員還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用研究，從而更好的促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展.

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TP273

A

1673-260X（2016）09-0030-02

2016-05-11

河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目資助（142102210468）