計算機智能控制技術(shù)在工程機械領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

丁文開 袁海梅 谷春華

摘要：工程機械是指工程建設(shè)中所應(yīng)用到的施工機械的總稱，在工程建設(shè)過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，關(guān)乎著施工的安全、質(zhì)量以及效率等。近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，工程機械作業(yè)量不斷提升，為了充分發(fā)揮工程機械的優(yōu)勢和作用，計算機智能控制技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，極大地提升了工程機械的智能化水平，同時提升了工程機械應(yīng)用的安全性與穩(wěn)定性?；诖?，本文分析了計算機智能控制技術(shù)的優(yōu)勢，并就其在工程機械領(lǐng)域中的具體應(yīng)用措施進行探究，僅供大家參考。

Abstract： Construction machinery refers to the general term of construction machinery used in engineering construction. It plays a vital role in the process of engineering construction and is related to the safety， quality and efficiency of construction. In recent years， with the rapid development of society and economy， the workload of construction machinery has continued to increase. In order to give full play to the advantages and functions of construction machinery， computer intelligent control technology has been widely used， which has greatly improved the level of intelligence of construction machinery. Improve the safety and stability of construction machinery applications. Based on this， this article analyzes the advantages of computer intelligent control technology， and explores its specific application measures in the field of construction machinery， for your reference only.

關(guān)鍵詞：計算機;工程機械;智能控制技術(shù);應(yīng)用

Key words： computer;engineering machinery;intelligent control technology;application

中圖分類號：F416.67? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）17-0224-02

0? 引言

相較于傳統(tǒng)的工程機械設(shè)備，在計算機智能控制技術(shù)的推動下，現(xiàn)代機械設(shè)備的自動化水平以及智能化水平有了明顯的提升。這不僅提升了工程機械的適應(yīng)能力，同時可以為工程機械的安全穩(wěn)定運行提供了有力的保障，并且隨著計算機智能控制技術(shù)的發(fā)展與完善，這種趨勢會愈發(fā)明顯。

1? 計算機智能控制技術(shù)的優(yōu)勢與控制方法分析

1.1 計算機智能控制技術(shù)的優(yōu)勢

計算機智能控制技術(shù)主要由智能控制模塊、信息反饋模塊、信息處理模塊以及決策模塊共同組成，借助計算機技術(shù)、控制理論以及人工智能技術(shù)等實現(xiàn)自動化控制。該技術(shù)通過對人腦計算模式的模擬，實現(xiàn)智能化控制，因此可以代替人力完成大量的高難度任務(wù)。借助該技術(shù)，可以解決傳統(tǒng)控制技術(shù)難以解決的控制應(yīng)用問題，尤其在面對那些比較復(fù)雜的問題的情況下，該技術(shù)的作用和優(yōu)勢更加顯著，可以憑借其較強的組織能力，通過更加接近人腦的思維方式來實現(xiàn)對工程機械的自動化控制，進而使其順利完成相關(guān)復(fù)雜的工作。計算機智能控制技術(shù)不僅自身的優(yōu)勢十分明顯，而且在現(xiàn)代化管理技術(shù)的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同領(lǐng)域的管理和控制，使得該技術(shù)的優(yōu)勢得到更加充分地發(fā)揮。

1.2 技術(shù)的控制方法分析

實現(xiàn)控制需要經(jīng)歷信息收集、處理和實施三個階段。在工程機械中的應(yīng)用，首先要對機械設(shè)備的液壓系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)進行監(jiān)測和收集，并且還要在此基礎(chǔ)上計算液壓系統(tǒng)承受的負載，實現(xiàn)信息的收集和處理，然后再結(jié)合計算結(jié)果以及收集的信息進入控制實施階段。例如，針對挖掘機的智能化控制，可以通過智能控制器監(jiān)測和接收信息，并通過相應(yīng)的算法進行計算，最終確定發(fā)動機的運行速度以及所需功率等，實現(xiàn)對挖掘機的智能化控制。在工程機械領(lǐng)域中應(yīng)用智能控制技術(shù)，目的在于工程機械領(lǐng)域中融入智能系統(tǒng)，使機械設(shè)備具有人腦智能因素，進而促進機械設(shè)備適應(yīng)能力的提升與運行效率，并且減少人力投入，降低施工成本投入。以挖掘機為例，在工程建設(shè)過程中，挖掘機所承擔(dān)的工作往往對操作的精密性要求較高，以往人工操作的方式難以保障挖掘機的操作精度，同時也會對操作人員提出更高的要求，還會增加操作人員的工作量。一旦出現(xiàn)操作失誤，很容易影響工程的質(zhì)量，甚至還會導(dǎo)致延誤工期，并且操作失誤也會帶來一定的安全風(fēng)險。而應(yīng)用計算機智能控制技術(shù)，則可以有效解決以上問題，借助該技術(shù)，可以實現(xiàn)對工作目標(biāo)數(shù)據(jù)信息的收集和處理，并通過科學(xué)的計算來準(zhǔn)確判斷鏟斗在施工中遇到的阻力，并以此為依據(jù)合理選擇功率控制挖掘機進行工作。這樣一來，既實現(xiàn)了對挖掘機的自動化控制，也極大地提升了挖掘機作業(yè)的科學(xué)性，不僅可以更好地保障挖掘機的工作質(zhì)量，同時也可以極大地提升挖掘機工作的效率。再以自動裝卸機為例，自動裝卸機也是計算機智能控制技術(shù)在工程機械領(lǐng)域中應(yīng)用的典型案例，通過激光傳感設(shè)備以及 GPS技術(shù)等，實現(xiàn)對裝卸機的無人駕駛與自動裝卸。無需通過人工進行駕駛和操控，既能保障裝卸施工的效率和質(zhì)量，也能極大地節(jié)省人力。

2? 工程機械的智能化控制分析

2.1 自動識別作業(yè)對象

能夠?qū)崿F(xiàn)工程機械的智能化控制的自動識別作業(yè)對象是實現(xiàn)智能控制的基礎(chǔ)，而能夠進行識別的作業(yè)對象則需借助于自動識別技術(shù)、超聲波傳感器技術(shù)和激光掃描技術(shù)。而計算機的自動化識別是一種技術(shù)，需要通過借助于計算機的智能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)工程機械在轉(zhuǎn)向功率和旋轉(zhuǎn)軌跡等各個方面的操縱和控制。超聲波傳感器技術(shù)，借助于發(fā)射機的超聲波發(fā)射傳感器，并通過借助返回超聲波實現(xiàn)作業(yè)物體的距離檢測。激光掃描技術(shù)主要也在距離檢測中應(yīng)用，并且檢測精度更高。相較于超聲波傳感技術(shù)，激光掃描技術(shù)雖然具有更高的檢測精度，但是受環(huán)境因素影響較大，比如作業(yè)環(huán)境中的粉塵多，則會影響到激光傳輸速度，并且也會影響到距離測量的精度。

2.2 作業(yè)環(huán)境的智能適應(yīng)度

環(huán)境會對工程機械的作業(yè)狀況產(chǎn)生較大的影響，這種影響既包括作業(yè)質(zhì)量，也包括作業(yè)的效率。因此，在工程機械領(lǐng)域中應(yīng)用計算機智能控制技術(shù)需要其具備較強的環(huán)境適應(yīng)度，這樣才能使工程機械在不同的作業(yè)環(huán)境中做出不同的反應(yīng)，保障作業(yè)的效率和質(zhì)量。提升作業(yè)環(huán)境的適應(yīng)度，需要借助導(dǎo)航系統(tǒng)，通過傳感器組合實現(xiàn)目標(biāo)導(dǎo)航。通過這種方式，可以幫助工程機械科學(xué)規(guī)劃運轉(zhuǎn)方向，并且實現(xiàn)運轉(zhuǎn)過程中對功率的智能化調(diào)節(jié)。在技術(shù)的應(yīng)用過程中，需要將內(nèi)部傳感器與外部傳感器配合使用，這樣有助于提升作業(yè)的科學(xué)性。借助傳感器，既能對工程機械的運作軌跡進行檢測和記錄，同時也能通過數(shù)據(jù)分析找出運作軌跡中的偏差并做出合理的調(diào)整，使工程機械在下次作業(yè)中避開偏差位置。除此之外，提升工程機械的環(huán)境適應(yīng)能力，還需要借助光學(xué)反射技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用極大地提升了工程機械對黑暗環(huán)境的適應(yīng)能力，比如在地下工程施工中，由于施工環(huán)境光照不足，因此便可以借助光學(xué)反射技術(shù)，實現(xiàn)對設(shè)備運轉(zhuǎn)軌跡的跟蹤，避免工程機械出現(xiàn)作業(yè)失誤。

3? 計算機智能控制技術(shù)在工程機械領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 在挖掘機中的應(yīng)用

3.1.1 控制策略? 借助計算機智能控制技術(shù)，可以實現(xiàn)對挖掘機的負載適應(yīng)控制，通過對液壓系統(tǒng)的動力輸出控制實現(xiàn)挖掘機的負載適應(yīng)控制。除此之外，還可以實現(xiàn)對挖掘機動力適應(yīng)控制，這種方式是指結(jié)合實際的作業(yè)需求來控制挖掘機的動力輸出。

3.1.2 控制方法? 就負載適應(yīng)控制來講，首先要保持發(fā)動機輸出功率恒定，在基礎(chǔ)上設(shè)置液壓泵匹配的功率曲線。通過這種方式，能夠?qū)σ簤罕玫奈章蔬M行調(diào)節(jié)，同時實現(xiàn)對挖掘機設(shè)備動力輸出的調(diào)節(jié)。就動力適應(yīng)控制來講，是指借助自動控制模式來控制設(shè)備的動力輸出，在這種模式下，挖掘機的發(fā)動機和液壓系統(tǒng)會處于自動調(diào)節(jié)的狀態(tài)下，確保作業(yè)效率和燃油消耗之間的平衡，起到更加有效的節(jié)能作用。應(yīng)用以上兩種控制方式，均需檢測液壓系統(tǒng)的運行參數(shù)，主要包括泵輸油壓力、泵控制壓力以及系統(tǒng)流量等，并結(jié)合以上參數(shù)信息通過模糊控制理論進行計算，得出挖掘機所需的功率，然后對油門執(zhí)行器發(fā)出指令，實現(xiàn)對挖掘機輸出功率的智能化調(diào)節(jié)。從目前情況來看，在挖掘機上對計算機智能控制技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛，極大地提升了挖掘機輸出功率的平穩(wěn)性和工作效率。

3.2 在壓路機控制中的應(yīng)用

3.2.1 控制策略? 在壓路機中應(yīng)用計算機智能控制技術(shù)，需要借助該技術(shù)實現(xiàn)對鋪層壓實效果的檢測，并結(jié)合壓實度結(jié)果來控制壓路機的輸出功率，保障道路的壓實效果。要將檢測結(jié)果與設(shè)定的壓實度進行對比分析，結(jié)合二者的差異來調(diào)節(jié)壓路機的作業(yè)性能參數(shù)，使最終的壓實效果與設(shè)定的壓實度相符，保障壓實的質(zhì)量。壓實效果的影響因素較多，會受到環(huán)境溫度、鋪層的厚度以及混合料的溫度等因素的影響，因此對壓實效果的檢測需要收集大量的數(shù)據(jù)信息。

3.2.2 控制方法? 壓路機振動輪內(nèi)旋轉(zhuǎn)偏心產(chǎn)生的振動為正弦曲線，地震振動會對曲線產(chǎn)生直接影響，并且這種影響與地面的硬度成正比。通過曲線分析便可掌握路面的壓實度情況，并以此為依據(jù)對壓路機的作業(yè)參數(shù)做出調(diào)整，最終達到最佳的壓實效果。壓路機的振動輪作為智能控制技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，其發(fā)揮著數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔?，因此振動輪的作用十分顯著。壓路機智能控制在20世紀(jì)80年代有所應(yīng)用，經(jīng)過多年的發(fā)展，目前這種應(yīng)用方式已經(jīng)比較成熟。

3.3 在起重機控制中的應(yīng)用

3.3.1 控制策略? 計算機智能控制技術(shù)的應(yīng)用，極大地提升了起重機作業(yè)的科學(xué)性，能夠更加科學(xué)地分配起重機力矩受力的平衡分配，同時可以更好地保持起重機位置的同步，有助于提升其中作業(yè)的安全性。該技術(shù)的應(yīng)用，需要測量起重機抓斗位置，并實現(xiàn)自動化開閉斗，借助該技術(shù)能夠自動修正抓斗位置，保持抓斗力矩受力平衡，并且能夠?qū)ψザ妨睾头绞竭M行精確控制，保障物料抓取最大化，提升作業(yè)效率。

3.3.2 控制方法? 對起重機的智能控制，需要借助PLC和變頻調(diào)速技術(shù)，借助變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)對起重機運行速度的調(diào)節(jié)，并且收集起重機的運行狀況信息，減少起重機運行過程中產(chǎn)生的振動，保障其運行穩(wěn)定，同時還能起到降低起重機能耗的作用。并通過設(shè)備的監(jiān)測來更好的保障設(shè)備運行的可靠性與安全性。在變頻調(diào)速技術(shù)的基礎(chǔ)上，再結(jié)合PLC控制技術(shù)，操作人員便可以通過設(shè)備的開關(guān)直接實現(xiàn)對起重機各個機構(gòu)的運行控制。除此之外，借助PLC控制技術(shù)，還可以進行設(shè)備運行速度編碼，提升起重機運行的科學(xué)性，減少起重機的能耗，并且確保鋼絲繩受力均勻。借助起重機中的自診斷系統(tǒng)，還可以實現(xiàn)對減速器油溫、起重機荷載以及鋼絲繩的受力情況等方面的監(jiān)測，進而可以更高的保障起重機運行的穩(wěn)定性。

4? 結(jié)束語

現(xiàn)代工程機械在我國經(jīng)濟社會發(fā)展中已經(jīng)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而且隨著現(xiàn)代計算機的智能化和控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，則極大地提升了工程機械的自動化和智能化水平，有力地促進了工程機械正常運行時的效率和安全性，同時在一定的程度上減少了工程機械的成本和能耗。

參考文獻：

[1]馬建，孫守增，芮海田，王磊，馬勇，張偉偉，張維，劉輝，陳紅燕，劉佼，董強柱.中國筑路機械學(xué)術(shù)研究綜述·2018[J].中國公路學(xué)報，2018，31（06）：1-164.

[2]朱建新.液壓挖掘機振動掘削機理及其過程優(yōu)化建模與智能控制策略研究[D].中南大學(xué)，2008.

[3]侯艷.基于多Agent的河北冀通路橋公路施工智能決策支持系統(tǒng)研究[D].河北科技大學(xué)，2012.

[4]許暉.筑路機械機群多智能主體混雜系統(tǒng)容錯調(diào)度研究及系統(tǒng)仿真[D].天津大學(xué)，2006.