智能控制技術(shù)在工程機械控制中的應(yīng)用分析

陳其劍

（中交第三航務(wù)工程局有限公司寧波分公司，浙江 寧波 315200）

1 智能控制技術(shù)的概述

以人工智能為代表的前沿技術(shù)正處于快速發(fā)展時期，現(xiàn)階段的生產(chǎn)、生活領(lǐng)域均彰顯出智能化的特征。信息技術(shù)的滲透給智能技術(shù)的發(fā)展提供了全新契機，于工程建設(shè)領(lǐng)域而言，部分工程機械已經(jīng)融入智能控制技術(shù)，可按照特定的流程有序操作，期間及時感知作業(yè)環(huán)境并以自動化的方式做出分析與調(diào)整。

智能控制技術(shù)在面對問題及采取處理措施時與人的思維并無顯著差異，但突破之處在于其通過更加智能化的方式自動完成“思考”，從而調(diào)度機械等硬件裝置，完成相應(yīng)的操作，減少了人力資源的投入，作業(yè)的規(guī)范性也有所保障。智能控制技術(shù)可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集、分析及保管等流程化操作，將其應(yīng)用于工程機械領(lǐng)域后可賦予機械全新的“生命力”，以實際工作狀況為準自動調(diào)節(jié)工作模式，減小外界因素對工程機械帶來的干擾，使機械始終保持穩(wěn)定、高效的工作狀態(tài)。

2 工程機械智能化研究的主要內(nèi)容

2.1 工程機械對信息的識別

（1）超聲波傳感技術(shù)。工程機械運行環(huán)境錯綜復(fù)雜，依托于超聲波傳感器技術(shù)，可突破特殊環(huán)境的束縛，精準完成測距工作。技術(shù)原理方面，通過聲波發(fā)射器發(fā)送聲波，沿途傳播，到達目的地后該部分聲波因傳播受阻而返回，由超聲波接收器采集，根據(jù)聲波的往返時間以及傳播速度確定待測物的距離，如圖1 所示。

圖1 超聲波傳感器的應(yīng)用原理

（2）激光掃描技術(shù)。以光的反射原理為依托，實現(xiàn)對距離的檢測，相比之下，激光掃描技術(shù)的作業(yè)精度更高，所得數(shù)據(jù)可更為有效地反映實際情況；但也存在局限之處，即對檢測環(huán)境提出較苛刻的要求，若測量路徑中的粉塵含量增多，激光的傳輸速率將大幅下降，所得結(jié)果偏差較大。

（3）圖像處理技術(shù)。現(xiàn)階段，圖像處理技術(shù)取得初步的應(yīng)用成果，但其發(fā)展速度相對較慢，原因在于以該技術(shù)為核心的配套技術(shù)尚未成熟。一方面，需要應(yīng)用高精度、高穩(wěn)定性的傳感器；另一方面，對數(shù)據(jù)的采集及處理提出較高要求，需要兼顧效率和質(zhì)量的關(guān)系，技術(shù)研發(fā)過程中存在諸多技術(shù)瓶頸。

（4）自動化識別技術(shù)。以智能傳感系統(tǒng)為核心，可全方位監(jiān)控工程機械的運行狀態(tài)，采集其在運行軌跡、速度等方面的信息，全面整合至智能化控制系統(tǒng)內(nèi)，再由計算機展開分析，生成反饋指令，促使工程機械做出特定的操作，達到智能化控制的效果，如圖2 所示。

圖2 自動識別技術(shù)

2.2 工程機械對環(huán)境的適應(yīng)

工程機械的運行環(huán)境復(fù)雜，易遇到諸多不確定因素，隨著施工環(huán)境的改變，工程機械需在極短時間內(nèi)自適應(yīng)地做出調(diào)整，否則易出現(xiàn)工期延誤、質(zhì)量下降等問題。

在智能控制技術(shù)的驅(qū)動下，工程機械對環(huán)境的適應(yīng)水平有所提高。導(dǎo)航系統(tǒng)集傳感器、編碼器、回轉(zhuǎn)儀等于一體，經(jīng)過檢測與分析，高精度調(diào)控工程機械的運行參數(shù)，以保證實際機械運行參數(shù)可以與作業(yè)環(huán)境達到相適應(yīng)的狀態(tài)，減小外部環(huán)境所造成的不良影響。

3 基于實例的分析

智能控制技術(shù)在工程機械領(lǐng)域已經(jīng)取得較為顯著的成果，為深入分析其應(yīng)用特點，此處以壓路機、挖掘機為例，展開針對性的分析。

3.1 智能控制技術(shù)在壓路機中的應(yīng)用

以工程施工要求為導(dǎo)向，初步設(shè)定壓路機的運行參數(shù)，隨著工程活動的開展，在既定參數(shù)的基礎(chǔ)上做出優(yōu)化，包含設(shè)備行進速度、振動頻率等方面。在路面工程施工中，若實際壓實度未滿足要求，智能控制系統(tǒng)將感知并調(diào)整，引導(dǎo)壓路機轉(zhuǎn)變工作模式，例如加大振幅和頻率，按照優(yōu)化后的方法操作，直至滿足要求為止。

壓路機的運行參數(shù)中，振動頻率的調(diào)整建立在壓實對象軟硬程度的基礎(chǔ)上，根據(jù)被碾壓物的實際情況調(diào)整頻率，以便在經(jīng)過特定碾壓遍數(shù)后可提高被碾壓物的壓實度。智能控制技術(shù)在壓路機工程機械的應(yīng)用中，BCMO3 系統(tǒng)頗具代表性，其能夠全面采集壓路機的運行信息，傳輸給計算機，由特定的程序展開分析，若存在偏差則采取針對性的控制措施。通過智能控制技術(shù)的應(yīng)用還可減輕后續(xù)維護與保養(yǎng)的工作量。若壓路機的實際運行時間超過設(shè)定值，顯示器發(fā)出提醒，告知工作人員應(yīng)當(dāng)暫停壓路機的運行，按規(guī)定做好維護與保養(yǎng)工作，通過該機制的應(yīng)用可從源頭上規(guī)避壓路機的質(zhì)量問題，避免大修情況。此外，若壓路機運行階段存在異常，顯示器也將呈現(xiàn)出故障信息，技術(shù)人員可在信息的引導(dǎo)下展開深入分析，采取針對性的處理措施，盡快使壓路機恢復(fù)正常運行狀態(tài)。

3.2 智能控制技術(shù)在挖掘機中的應(yīng)用

當(dāng)前挖掘機的智能控制策略細分為兩種控制模式，一種為“按勞分配”，一種為“按需分配”：（1）挖掘機的“按勞分配”智能控制策略。挖掘機在施工作業(yè)過程中，智能控制系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)實際對動力的需求，自動調(diào)整挖掘機動力系統(tǒng)的輸出功率；（2）在挖掘機“按勞分配”智能控制策略中，針對總體作業(yè)環(huán)境、作業(yè)目標，大致分為三種“按勞分配”智能控制模式，分別為：發(fā)動系統(tǒng)超額功率控制模式、發(fā)動系統(tǒng)標準功率控制模式以及發(fā)動系統(tǒng)低成本功率控制模式。

該挖掘機動力系統(tǒng)的輸出功率在以上三種智能控制方式下均可保持不變，且該挖掘機其它部件的功率曲線與其基本一致。該智能控制系統(tǒng)采用了ESS 發(fā)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速度傳感器系統(tǒng)，挖掘機在工作時會將液壓泵的工作參數(shù)設(shè)置為與動力系統(tǒng)的輸出功率相匹配的數(shù)據(jù)。

在挖掘機施工作業(yè)中采用上述ESS 技術(shù)，可以使挖掘機動力系統(tǒng)的輸出功率被液壓泵充分吸收，極大減少挖掘機的能源消耗量。另外，為避免因動力系統(tǒng)失效而造成的一系列后果，可對液壓泵進行調(diào)節(jié)，進而控制和穩(wěn)定動力系統(tǒng)的輸出功率，使動力系統(tǒng)始終保持在有效輸出狀態(tài)。當(dāng)挖掘機動力系統(tǒng)的輸出功率不能滿足實際工作要求時，傳統(tǒng)的控制技術(shù)需要操作者手動改變挖掘機的輸出功率，相對于智能控制系統(tǒng)而言，增加了許多不必要的風(fēng)險，同時由于操作者操作不當(dāng)，沒有對挖掘機動力系統(tǒng)的功率模式進行正確調(diào)整，也增加了能源消耗和施工成本。

在挖掘機按需分配的智能控制模式下，設(shè)備采用自動運行的控制方式，不需要操作者對挖掘機的運行進行控制，因為該動力系統(tǒng)可根據(jù)施工的實際需求功率有針對性地調(diào)整動力輸出功率，根據(jù)作業(yè)中各種參數(shù)數(shù)據(jù)進行計算分析，實現(xiàn)動力輸出功率與挖掘機工作模式的切換。與傳統(tǒng)的挖掘機控制方式相比，該智能動力系統(tǒng)可以針對作業(yè)難度和目標的具體情況，對自身的輸出功和工作模式進行智能調(diào)節(jié)，不僅能減少能耗，還可以節(jié)約人力，達到了最佳的經(jīng)濟效果。

4 結(jié)語

綜上所述，智能控制技術(shù)持續(xù)深化，其在工程機械領(lǐng)域的應(yīng)用效果也逐步顯現(xiàn)，在維持工程機械的穩(wěn)定性、提高工作效率、減輕人員工作量等方面均有較好的效果。希望本文所提內(nèi)容可為同行提供參考，以促進智能控制技術(shù)的發(fā)展，發(fā)揮出其在工程機械領(lǐng)域的應(yīng)用價值。