硅谷杂志：工程机械上智能技术的应用 |
| 2012-07-08 19:22 作者：吕 昊 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月8日消息 （原文载于《硅谷》杂志6月刊）主要以履带式液压挖掘机以及全液压振动压路机不同种类的作业方式作为研究对象，阐述智能控制技术在工程机械上应用以及发展。
智能控制系统指的是拥有智能行为的系统，主要通过人工智能的方法有效解决无法运用数学方法来精准表达的复杂的、随机的、模糊的、柔性的控制问题，而且此系统具有自主学习、自己适应、自己组织的能力。将智能控制技术应用于工程机械产品上，可以有效解决了对象多变而且复杂得难题。
1控制目标和策略
1.1挖掘机的控制策略
目前挖掘机主要有两种控制策略：第一种是“负载适应控制”，即发动机输出一定功率的前提条件下，液压系统利用自身调节来适应发动机所输出的动力；第二种是“动力适应控制”，发动机按照实际作业的情况，提供需要的动力。
1）使用“负载适应控制”控制策略的挖掘机，通常情况会设置多种动力选择模式，比如设置最大功率模式，标准输出功率基本上是恒定的，而且液压泵也要设定与之相匹配的几条恒功率曲线。由于系统采用的是发动机速度传感控制技术，在匹配过程中，每一种功率模式制定中砂的吸收率必须设置为大于或者等于这一模式下的发动机所输出功率，以此来确保液压系统可以充分吸收以及利用发动机的功率，进而有效减少能量的损耗。
2）使用“动力适应控制”控制策略的挖掘机，通常应用的是自动控制模式。发动机依据作业的要求以及实际负载情况来提供相对应的动力输出，也就是说动力系统可以自动适应工作系统的需要，并且根据需要输出满足作业要求的动力，不需要进行人工干预。此方法的优势是不会浪费动力输出，而且动力性以及经济性最佳，这种设计思路可以让机器自动识别出作业工况的不同，并且会制定出最佳施工解决方法[1]。
1.2智能压路机的控制策略
智能压路机的控制策略是：按照所制定的质量目标，利用铺层压实的检测效果与控制系统的自我适应、自动调节的方式去寻找最适合的解决方案，最终完成作业质量的目标要求。控制系统可以遵照之前制定的作业质量目标要求，通过持续地检测与分析对比，可以自动自行调整机器的压实作业性能的参数，获取理想的压实效果。当然，必须认真检测铺层压实硬度，确保智能控制达到要求，同时在最佳压实的决策过程中，必须综合考虑外部条件，例如环境温度、沥青混合料的温度、铺层存度等，并且还要注意沥青的硬度会随着温度的变化而发生变化，因此，决策的依据需要具备丰富的知识积累以及大量的数据积累。
2控制方法
所有的智能控制系统都包括以下三个过程：第一是信息采集；第二是信息的处理，且需做出决定；第三是执行决定。
2.1智能控制技术在挖掘机上的应用
美国卡特匹勒公司在挖掘机上安装的发动机控制系统与主泵控制系统，按照挖掘机的载荷大小，主动调整主泵所输出的功率，进而完善燃油消耗量，发动机油门装置几个档位，以确保主泵的输出功率平稳，便于控制，当发动机不需要或者仅仅只需很小的液压油流量时，发动机通过转速自动控制系统来实现。
日本的神钢挖掘机配置的是ITCS自动控制操作系统，通过电脑可以自动监测操作手柄的动作，以逻辑推理来识别出目前进行作业的类型，然后控制操作系统，而且对发动机进行电子监控，进而实现自动调节发动机转速。要调节液压系统流量，在负荷较低时，可以自动减小发动机转速，确保作业的准确性；负荷过重时，发挥出发动机的最大功率，增强作业的效率，同时机械装置“探望信息系统”可以把挖掘机目前的工作位置、工作情况与机器的运转状态等信息传送出来，用户可以通过互联网或者手机短信的方式，获得这些最新的信息[2]。
2.2智能控制技术在压路机上的应用
BOMAG第1代智能压路机采用的是压实状态控制的测量技术Omega-meter，其组成部分是一加速度传感器，BOM电子单元以及Omega-meter。其振动加速度会随着土壤硬度的变化而发生变化，土壤越硬，其加速度也就越大，高硬度土壤有助于压实。但这一技术只是用于压实状态的控制，但不可以控制压路机本身。
BOMAG第2代智能压路机是用于测试、记录和控制的Terra-meter（土壤状态仪）。Terra-meter通过利用振动轮加速度与土壤硬度的关系，测试加速度并且产生Omega值，进而了解土壤的压实状态。当无法继续压实时，Terra-meter会有指示，并且Terra-meter能够识别且详细记录地面的松软点以及压实不均匀点，同时会显示出压实控制的曲线与列表。Terra-meter的组成成分是2个加速度传感器、1个位移传感器、Omega表以及打印机。Terra-meter首次装置了位移传感器，可以按照地面压实的不同状态来控制压路机的行走速度，这是“智能”技术第一次应用于振动压路机[3]。
BOMAG公司的第3代压路机使用两项新技术，一个是Terra-meterBTM-E，另一个是Vaicontrol。Varicontrol单钢轮振动压路机上设置有一个BTM-E系统，驾驶人员可以预设5个Evib值当做目标，通过精准的自动化的调节装置，确保压实有效而且均匀。BTM-E首次为压实状态提供土壤动态硬度模量Evib（MN/m2）。与Omega值有所差异，Evib大体上跟振动压路机的参数没有关系，振动参数发生改变不会影响测量结果。Vaticontrol系统可以实现变换方向的振动，促使振动方向可以依据物料的密实度在垂直以及水平方向上进行调节，由于振动的方向影响了传递给土壤压实能量的大小，因此这一系统可确保压实能量和土壤状态相互匹配[4]。
BOMAG的第4代智能压路机推出压实管理系统，其信息可都被传输到计算机上，然后应用BCMWIN压实管理程序在计算机上进行分析与处理。压实管理系统有以下特点：1）可以实现维护保养的电子提示，如果压路机工作超过预定的某一项技术指标时，显示器会有提示，同时显示维护保养方法；2）可进行在线故障诊断，当压路机出现故障时，显示器也会给以提示，同时会显示出故障的类型以及维修方法；3）可以完成压路机与计算机的沟通；第四，驾驶人员可以直观地在显示器上观察到被压实区域地段压实的实际状况。
BOMAG第5代智能压路机采用的是土壤压实综合定位系统，即GPS。通过GPS系统精准地指出压路机具体位置，可以制定出精确的振动轮标高，与前铺层的标高进行比较，即可得出铺层的厚度，进而选择更精确的压路机的参数。
3结语
总而言之，工程机械是工业发展的重要工具，如今正朝着智能化、设计人性化、大型化、以及高效化的趋势进行发展。智能化技术在工程机械的应用会越来越广泛，其技术会更加先进，进一步促进工业的发展。
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