计算机智能控制技术在工程机械领域中的应用研究

2016-03-29周武强李敬伟

赤峰学院学报·自然科学版 2016年17期

关键词：挖掘机压路机工程机械

周武强，李敬伟

（洛阳理工学院，河南　洛阳　471023）

计算机智能控制技术在工程机械领域中的应用研究

周武强，李敬伟

（洛阳理工学院，河南洛阳471023）

随着计算机技术的发展，计算机智能控制技术在工业生产中也得到了广泛的应用.利用该技术，可以实现对工程机械设备的有效控制，从而在提高设备工作效率的同时，延长设备的使用寿命.基于这种认识，本文对计算机智能控制技术在挖掘机、压路机和起重机这三种典型工程机械上的应用展开了分析，以便进一步了解该技术在工程机械领域的应用情况.

计算机智能控制技术；工程机械领域；应用

与传统机械设备相比较，现代机械设备的自动化水平和智能化水平在不断提高.而将智能控制技术与工程机械技术有效的结合起来，则能够利用智能的方法解决无法利用数学方法解决的机械设备控制问题，从而使工程机械设备具有自适应能力，继而更好的提高工程机械设备的运行效率.因此，有必要对计算机智能控制技术在工程机械领域中的应用问题展开研究，从而更好的促进工业技术的发展.

1　计算机智能控制技术分析

早在上世纪50年代，控制理论就已经形成.而经过了十几年的发展，控制理论开始与人工智能、计算机技术、信息技术等技术理论相融合，从而形成了计算机智能控制理论.利用计算机智能控制技术，可以使以往复杂多样的控制问题得到解决，所以该技术已经成为了人工智能和自动控制领域的重要研究内容.就目前来看，计算机智能控制技术包含专家控制、神经网络控制、模糊控制和异常算法控制等多种技术[1].在航天航空控制、能源系统控制和智能机器人控制等方面，计算机智能控制技术都得到了应用.而在工程机械领域，计算机智能控制技术在挖掘机、压路机和起重机等机械设备上都得到了应用，从而为推动工业技术的发展做出了一定的贡献.

2　计算机智能控制技术在工程机械领域的应用

2.1智能控制技术在挖掘机控制上的应用

2.1.1控制策略

就目前来看，使用计算机智能控制技术进行挖掘机控制可以采取两种策略.一方面，可以进行设备的负载适应控制，以便进行挖掘机发动机动力输出的控制.采取该种控制策略，挖掘机发动机输出功率一定，但是液压系统可以通过自身调节进行设备动力输出的适应.另一方面，可以进行挖掘机动力适应控制.具体来讲，就是根据实际工作情况进行挖掘机动力输出.

2.1.2控制方法

想要采取负载适应控制技术进行挖掘机控制，需要进行发动机输出功率恒定的几种动力选择模式的设置，即最大功率模式、经济功率模式和标准功率模式，并且在液压泵上进行匹配的功率曲线的设置.使用传感器控制技术，则能够根据发动机输出功率进行更大的泵吸收功率的设定，从而使液压系统进行功率的充分吸收.同时，使用该种控制技术，可以调节泵的吸收率，并且进行负载和设备动力输出的调节.而采取动力适应控制技术，需要使用自动控制模式进行设备动力输出的控制.在这一过程中，设备液压系统和发动机将始终处在自动调节状态，可以使燃油消耗和作业效率相互平衡[2].而无论使用哪种控制技术，都需要进行液压系统运行参数的检测.具体来讲，就是需要对挖掘机液压系统中的泵输油压力、机构工作压力、泵控制压力、系统流量和手柄位移量进行检测.根据这些信息，则可以利用模糊控制理论进行设备所需功率大小和发动机转速的推算，然后利用油门执行器使发动机达到理想输出功率.

2.1.3应用分析

在现实生活中，计算机智能控制技术已经在挖掘机上得到了应用.美国的卡特匹勒公司通过将主泵控制系统和发动机控制系统安装在挖掘机上，使得设备发动机的有效功率能够自动进行液压系统功率的适应.使用该种挖掘机，设备将根据载荷情况实现主泵输出功率的自动调节，所以能够进行主泵输出功率的平稳控制，并且使挖掘机保持较高的工作效率.日本生产的挖掘机则配有ITCS自控系统，可以自动进行操作手柄动作的监测，并且通过模糊推理进行设备作业类型的识别，然后进行操作系统的控制[3].同时，该挖掘机还能够进行发动机的电子监控，并且进行液压系统和发动机转速的自动调节.如果挖掘机的负荷较低，则可以进行发动机转速的自动降低，从而使挖掘机保持轻松的工作状态.此外，通过为挖掘机配备“探望信息系统”，也能够实现对设备工作状态和工作位置等信息的远距离传送.

2.2智能控制技术在压路机控制上的应用

2.2.1控制策略

使用计算机智能控制技术进行压路机的控制，需要根据设定质量目标进行设备铺层压实效果的检测，然后通过实现系统自适应控制寻求有效解决方案，继而达成压路机作业质量目标.所以，使用的控制系统需要将检测的数据与设定目标进行分析对比，然后进行压路机压实作业性能参数的自动调整.具体来讲，就是通过调整压路机振动轮振幅、设备行驶速度和振动轮振动频率等参数，从而取得均匀一致的压实效果.但实际上，压路机压实决策将受到铺层厚度、混合料温度和环境温度等多种因素的影响[4].因此，还需要拥有大量的数据知识积累，才能够提高设备智能化水平.

2.2.2控制方法

城乡供水各自为政，“多龙管水”现象突出，不能适应现代化和经济社会发展的要求；缺乏统筹规划及与其相适应的管理机制，造成了重复投资，特别是乡镇自来水厂建设，一镇一厂，甚至一村一厂，造成供水基础设施不能共建共享，能力得不到充分发挥，有的地方政府出于本位主义及眼前利益，对水资源的开发、利用与保护缺乏统一的规划，无法实现水资源的优化配置与统一调度。

从理论上来讲，压路机振动轮内旋转偏心产生的振动是正弦曲线.在压路机运行的过程中，曲线将受到地震振动的扰动.而地面硬度越大，曲线受到的扰动就越大.对振动轮加速度进行快速傅里叶变换处理，就可以得到地面压实的数据.同时，根据压实土壤的载荷和土壤变形结果的相互作用，就可以进行土壤动态硬度模量的计算.而使用沥青管理者，就可以实现压路机压实性能的自动测量和控制，并且进行最优化压实参数的连续提供[5].操作者在进行压路机的操纵时，则可以根据显示器上的沥青温度变化进行压实度的增加.需要注意的是，压路机关键部件就是可调频调幅的振动轮.而振动轮结构相对复杂，还要通过将采集的铺层信息输入到控制系统数据库中，然后通过分析和比较对设备作业参数进行调整.

2.2.3应用分析

早在上世纪80年代，国外就在压路机上应用了计算机智能控制技术.目前，德国的BOMAG公司生产的智能压路机的智能控制水平较高，已经发展至第5代.利用压实状态控制的测量技术，该种压路机可以通过测量振动轮的加速度进行土壤硬度的计算，然后通过调节振动轮速度进行压实状态的控制.而通过在压路机上进行BTM-E系统的配置，则可以进行5个压实值的预设，然后通过使用自动化调节装置进行均匀压实.此外，通过使用土壤压实综合定位系统，则能够使压路机的位置得到精确测量.同时，使用该系统也能过获得振动轮标高，并且通过与前一铺层标高比较得到铺层的厚度[6].在此基础上，操作人员就可以更精确的进行压路机参数的选择，从而做好设备的控制.

2.3智能控制技术在起重机控制上的应用

2.3.1控制策略

在起重机方面应用计算机智能控制技术，主要需要对起重机的深挖、开闭斗等内容进行控制，以便做好起重机力矩受力的平衡分配，并且保持起重机位置同步.所以，利用智能控制技术需要进行起重机抓斗位置的实时测量，同时实现自动化开闭斗.而通过使用智能控制技术进行抓斗位置的修正，则可以使抓斗力矩受力平衡.在此基础上，还要利用智能控制技术实现对抓斗力矩和方式的精确控制，从而在降低起重机操作者的劳动强度的同时，实现物料抓取的最大化.

在起重机控制方面，可以使用变频调速技术和PLC控制技术实现设备控制目标.通过在起重机上安装变频调速系统，可以根据起重机运行情况进行起重机各个结构产生的速度进行调节.具体来讲，就是通过控制各结构的加速、减速时间实现结构速度控制，从而使起重机运行过程中产生的加速和减速振动得到减小.而使用该技术可以使起重机在启动和制动的过程中平稳运行，并且使起重机的能耗得到减小，从而使起重机的使用寿命得到延长.此外，变频器本身具有故障诊断和设备监测的功能，所以能够使起重机电控系统的可靠性得到提高.因为，应用变频调速系统可以实现系统电路的无触点化，所以能够避免系统的电刷、电动机电阻和主接触器产生故障.而将变频调速技术与PLC控制技术结合起来，则能够使操作人员利用控制器上的操作开关、按钮，实现设备各个机构的运行、调速和停止等操作控制.此外，利用PLC控制技术还能够科学进行起重机速度编码，所以能够使钢丝绳受力均匀，从而避免设备遭到损坏.

2.3.3应用分析

就目前来看，德国一些大型企业在起重机上进行了计算机智能控制技术的应用.在生产起重机的过程中，利用模糊控制器将防摇实际操作数据和有经验司机的操作数据输入到起重机控制系统中.而通过启动起重机控制指令，则能够实现这些数据的数字化定量处理，从而使微处理能够进行起重机的自如操作.不同于德国，英国生产的一些起重机上安装的是进场感应系统.利用该系统，可以对起重机运行进行无线遥控，并且从远控发射机上了解设备载重量[7].此外，该类起重机还装有自诊断系统，可以对起重机载荷、钢丝绳情况和减速器油温油位等参数进行测量.