智能控制技術(shù)在工程機械控制的應(yīng)用論文
摘要：在我國經(jīng)濟總量不斷提升，社會經(jīng)濟發(fā)展速度穩(wěn)定增長時代背景下，工程機械領(lǐng)域技術(shù)進展突飛猛進，從傳統(tǒng)工程機械控制方式轉(zhuǎn)變?yōu)榕c智能控制技術(shù)相結(jié)合，具有高效、集約、環(huán)保等優(yōu)勢，是工程機械領(lǐng)域現(xiàn)有主體發(fā)展方向之一。本文探討工程機械控制中智能化控制技術(shù)的發(fā)展進程，分析智能控制技術(shù)在工程機械控制領(lǐng)域中的應(yīng)用情況。
關(guān)鍵詞：智能控制技術(shù)；工程機械；應(yīng)用情況；發(fā)展進程
前些年，我國在工程機械領(lǐng)域中，跟西方發(fā)達國家的技術(shù)儲備上還存在著較大差距，而近年來，隨著經(jīng)濟水平和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工程機械控制領(lǐng)域中總體技術(shù)水平也得到了長足長進，取得了喜人成績。在智能化領(lǐng)域蓬勃發(fā)展之余，工業(yè)產(chǎn)業(yè)中也對智能化技術(shù)與工程機械領(lǐng)域相結(jié)合工作進行了不斷嘗試，隨著結(jié)合技術(shù)的逐漸成熟，智能控制技術(shù)在工程機械領(lǐng)域也開始發(fā)揮重要顯著作用�，F(xiàn)今，在工程機械領(lǐng)域整體行業(yè)中，主流觀點為工程機械控制技術(shù)的未來發(fā)展方向是智能控制技術(shù)與工程機械相結(jié)合，提高機械設(shè)備自適應(yīng)能力。在智能控制技術(shù)與工程機械控制技術(shù)結(jié)合后，將會構(gòu)建一個完整、科學(xué)的工程機械控制體系，使得工程機械設(shè)備中各部位之間建立信息溝通渠道，相互之間靈活配合，提高工程機械設(shè)備的施工精度。智能控制技術(shù)和工程機械控制技術(shù)相結(jié)合，不但在提高機械使用效率、環(huán)保問題上有著顯著作用，更有利于工程機械控制領(lǐng)域的智能化、精細化發(fā)展不斷前進，提高我國整體工程機械控制領(lǐng)域水平，從而更好促進我國整體工業(yè)水平的發(fā)展。
1工程機械控制技術(shù)智能化的發(fā)展與起源
1.1工程機械控制技術(shù)智能化的發(fā)展
工程機械控制技術(shù)的特點為安全性高、機械精細化程度高和性能可靠程度強。在工程機械控制領(lǐng)域中，自動化控制系統(tǒng)是整體控制領(lǐng)域中的重要組成部分。自動化控制系統(tǒng)在機械設(shè)備控制過程中，起著重要作用，有效提高了機械設(shè)備的使用效率和精準度。但在前些年我國的整體技術(shù)水平偏低，由于整體時代背景因素，自動化控制系統(tǒng)技術(shù)還被西方先進國家的公司所管控，在我國工程機械控制領(lǐng)域中自動化控制系統(tǒng)沒有得到推廣。在工程機械控制技術(shù)智能化發(fā)展過程中，逐漸顯露出智能控制技術(shù)的一些特點，如控制系統(tǒng)人性化、網(wǎng)絡(luò)化等特點，而這些特點都是傳統(tǒng)工程機械控制技術(shù)所不具備的。機械控制技術(shù)智能化發(fā)展的主要目的為便捷工程機械操作控制流程、提高機械設(shè)備運行效率、對機械設(shè)備嚴格控制，而達到以上目的首要前提為構(gòu)建工程機械智能化遠程網(wǎng)絡(luò)實時通訊系統(tǒng)。在控制工程機械實際操作施工時，通過遠距離網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，實時下達機械設(shè)備操作指令，對機械設(shè)備運行嚴格控制，實現(xiàn)智能控制系統(tǒng)與工程機械設(shè)備之間的無縫對接。目前，在我國工程機械控制領(lǐng)域中，智能化控制技術(shù)的總體發(fā)展水平還處于起步階段，但在具體技術(shù)發(fā)展中已經(jīng)取得一些喜人成績。例如，在三一重工中，對道路施工設(shè)備的智能化控制技術(shù)的相關(guān)技術(shù)研究工作中不斷突破現(xiàn)有技術(shù)，實現(xiàn)了裝載機等工程機械設(shè)備的智能化控制，有效提升了這些設(shè)備的施工效率和安全性作業(yè)操作。但是，在整體工程機械控制智能化發(fā)展過程中，還需要相關(guān)研發(fā)人員不斷論證、深入分析研究，以期在整體工程機械領(lǐng)域中，實現(xiàn)智能化系統(tǒng)控制。
1.2工程機械設(shè)備智能控制技術(shù)的起源
在十八世紀六十年代，蒸汽機的誕生，開創(chuàng)了以機械設(shè)備代替手工生產(chǎn)的時代，從那以后，人類社會的生產(chǎn)力提高方向便從擴大生產(chǎn)范圍逐漸轉(zhuǎn)為提高科技技術(shù)。而在上世紀早期，科學(xué)界開始形成一種主流觀點，認為智能是可以計算的，科學(xué)界針對此觀點不斷研發(fā)、嘗試，在1946年2月15日，在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生了人類歷史上第一臺通用電子計算機ENIAC。在ENIAC誕生二十余年后，工程機械設(shè)備的智能控制化觀點在Dartmouth大學(xué)的研討會上被首次提出，直到現(xiàn)今，科學(xué)界對工程機械設(shè)備的智能控制系統(tǒng)不斷深入研究、開發(fā)、創(chuàng)新。時至今日，工程機械設(shè)備智能控制系統(tǒng)在部分設(shè)備中的已經(jīng)推廣、實踐，極大提高了人類社會的總體社會生產(chǎn)力。
2智能控制技術(shù)在工程機械中的具體應(yīng)用
工程機械根據(jù)具體用途、使用方向以及運行質(zhì)量等具體方面共劃分為兩大類別，兩類工程機械都有著具體優(yōu)缺點，不同類別的工程機械設(shè)備與智能控制技術(shù)的結(jié)合方式也不一致。第一類工程機械設(shè)備的主要用途為各類對精細化程度要求低的工程作業(yè)，這類工程機械設(shè)備對操作控制系統(tǒng)的要求較低，這類工程機械設(shè)備的首要要求是設(shè)備運行動力充足。具體缺點為施工作業(yè)中的精細程度低，施工介質(zhì)不均衡。第二類工程機械設(shè)備的主要用途為各類高精尖工程作業(yè)，這類機械設(shè)備的優(yōu)勢相對第一類工程機械設(shè)備較為明顯，如工程作業(yè)的介質(zhì)均勻，機械運行時各部件之間穩(wěn)定，缺點是這類工程機械設(shè)備造價相對較高。針對上述兩種工程機械設(shè)備類別進行詳細研究，分析智能控制技術(shù)在兩類工程機械設(shè)備中的具體應(yīng)用。
2.1智能控制技術(shù)在壓路機中的具體應(yīng)用
早在上世紀后期，瑞士一家公司就研發(fā)出了一款智能控制技術(shù)，具體技術(shù)內(nèi)容為，將機械設(shè)備中各項數(shù)據(jù)的顯示器、加速度傳感器以及電子指令單元三個部位相結(jié)合的智能控制技術(shù)。這項智能控制技術(shù)在工程作業(yè)中的主要作用以及內(nèi)容為：在工程機械設(shè)備施工中，根據(jù)土地的軟硬、干燥具體程度來對工程機械設(shè)備的振動輪速度智能控制，已達到與施工路況相較符合的振動輪運轉(zhuǎn)速度，實時針對不同路況的土地堅硬程度切換相符速度。在壓路機智能控制技術(shù)操縱過程中，會智能切換適合操作模式，在壓路機出現(xiàn)問題時，在顯示器中顯示出現(xiàn)問題的具體部分，有利于操作人員對壓路機進行針對性維修、保養(yǎng)工作。例如，在壓路機實際工程作業(yè)中，某一區(qū)域的操作指標出現(xiàn)異�，F(xiàn)象，超過了具體部位的參數(shù)上限，這時，智能控制系統(tǒng)自主切換工作模式，避免壓路機出現(xiàn)更大損失，同時，在顯示器中顯示出現(xiàn)問題部位的具體構(gòu)造圖和詳細參數(shù)，有效協(xié)助操作人員發(fā)現(xiàn)、解決壓路機出現(xiàn)的實際問題。智能控制技術(shù)在壓路機上的實際應(yīng)用，提高了壓路機的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，在作業(yè)過程中作業(yè)介質(zhì)變得更加均勻，設(shè)備運行更加精細化，降低了操作人員的工作強度，緩解了其工作壓力。
2.2智能控制技術(shù)在挖掘機中的具體應(yīng)用
智能控制技術(shù)在挖掘機的實際應(yīng)用中具體分為兩種控制形式：對挖掘機負荷功能的控制和對挖掘機動能的控制。在智能技術(shù)控制下的挖掘機，各個組成部分之間存在著相互影響的特點，如挖掘機的發(fā)動機的負載系統(tǒng)和動力輸出系統(tǒng)之間就存在著相互影響的關(guān)系，只有在挖掘機動力輸出系統(tǒng)保持不變的情況下，智能控制系統(tǒng)才能對挖掘機的負載系統(tǒng)進行有效的控制。在挖掘機實際施工作業(yè)過程中，在智能技術(shù)控制下，挖掘機的動力輸出系統(tǒng)會根據(jù)不同施工作業(yè)的實際動力需求量供應(yīng)，這也節(jié)省了挖掘機的運行能耗成本，最大程度減少了挖掘機的壽命損耗，提高了挖掘機的工作效率。智能控制技術(shù)操作下的挖掘機相較于傳統(tǒng)操作模式下的挖掘機，極大提高了作業(yè)工作效率。在智能控制技術(shù)應(yīng)用于挖掘機之前，傳統(tǒng)挖掘機操作模式中存在著很多問題。例如，在挖掘機施工作業(yè)中，由于挖掘機發(fā)電機部位的功效低，很難滿足施工過程中的實際需求。針對此問題，挖掘機操作人員將主泵操控系統(tǒng)部分和挖掘機發(fā)動機部分都安裝于挖掘機上，對挖掘工程實際作業(yè)中，造成了極大的困惑。隨著近年來智能控制技術(shù)的推廣，在智能控制技術(shù)與挖掘機的專業(yè)操作人員深入研究下，提出了摒棄挖掘機傳統(tǒng)控制技術(shù)，采用智能控制技術(shù)與挖掘機相結(jié)合的有效策略和發(fā)展方向，提高了挖掘機的作業(yè)效率。在智能控制技術(shù)下，挖掘機在實際施工作業(yè)過程中，根據(jù)施工實際內(nèi)容對挖掘機的具體要求，智能控制系統(tǒng)針對實際需求量進行動力系統(tǒng)供應(yīng)，這有效控制了挖掘機的輸出功率，提高了能源使用效率，降低了能源消耗量。在挖掘機使用智能控制技術(shù)進行控制操作過程中，也應(yīng)注意控制技術(shù)實際操作中的具體要求。例如，在挖掘機施工作業(yè)過程中，充分利用挖掘機發(fā)動機系統(tǒng)的油門分檔，載符合要求的具體操作下，有助于控制挖掘機的平穩(wěn)運行，優(yōu)化挖掘機發(fā)動系統(tǒng)的液壓燃油配置。
3智能控制技術(shù)工程機械控制策略
針對上述兩類工程機械設(shè)備的使用用途、作業(yè)精細度差異，將智能控制技術(shù)的控制策略分為兩種：一種智能技術(shù)操控策略為提高機械設(shè)備的工作效率、降低使用能耗；另一種智能技術(shù)操控策略為精細化作業(yè)施工，施工介質(zhì)更加均勻。筆者以壓路機與挖掘機兩種工程機械設(shè)備為例，闡述兩類工程機械設(shè)備在智能控制技術(shù)的控制策略上的差異。
3.1壓路機的智能控制技術(shù)控制策略
在壓路機的實際施工作業(yè)中，智能控制系統(tǒng)的具體控制方式為：針對作業(yè)項目中作業(yè)目標的實際質(zhì)量，智能系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)壓路機的使用動能以及對作業(yè)效果實時檢測，智能計算壓路機在各類施工環(huán)境、作業(yè)目標中的最佳控制方案。在壓路機施工作業(yè)中，提前輸入作業(yè)過程中各類參數(shù)，智能控制系統(tǒng)在施工前提前計算壓路機在作業(yè)過程中的各類運行數(shù)據(jù)，針對各類作業(yè)環(huán)境以及目標適當切換相應(yīng)工作模式，自動調(diào)節(jié)壓路機各類參數(shù)，如發(fā)動機動力系統(tǒng)、振動論的振動頻率等部分，以期提高壓路機的工作效率和作業(yè)質(zhì)量，降低壓路機的使用能耗。在壓路機的施工作業(yè)中，智能控制技術(shù)對壓路機整體控制中，最為重要的是對壓路機鋪層壓實作業(yè)的控制。在壓路機鋪層壓實作業(yè)中，控制系統(tǒng)需要對各方面數(shù)據(jù)加以整體計算、分析，如對作業(yè)環(huán)境的溫度、瀝青料的溫度等數(shù)據(jù)加以分析。因壓路機施工作業(yè)中，瀝青的硬度受溫度影響較大，智能控制技術(shù)需針對性、實時計算分析，才能選擇最佳控制方案進行作業(yè)，而這需要智能控制技術(shù)的長期技術(shù)積累才能做到。在技術(shù)儲備問題上，我國較之其他工業(yè)發(fā)達國家，技術(shù)儲備還相對匱乏，缺少智能控制技術(shù)的'實際施工經(jīng)驗。
3.2挖掘機的智能控制技術(shù)控制策略
當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。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。在上述三種智能控制模式中，挖掘機的動力系統(tǒng)的輸出功率穩(wěn)定不變，而挖掘機其他組成部分的功率曲線與之相符合。挖掘機的智能控制系統(tǒng)中采用了ESS發(fā)動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速度傳感系統(tǒng)，在挖掘機施工作業(yè)過程中，將液壓泵的運行參數(shù)數(shù)據(jù)設(shè)置為動力系統(tǒng)輸出功率相匹配數(shù)據(jù)。上述ESS技術(shù)在挖掘機施工作業(yè)的過程中，使得液壓泵充分吸收挖掘機的動力系統(tǒng)輸出功率，降低了挖掘機的使用能耗。智能控制系統(tǒng)在挖掘機作業(yè)過程中，還可以通過對液壓泵部位的有效調(diào)節(jié)，控制、穩(wěn)定挖掘機動力系統(tǒng)的輸出功率，避免挖掘機動力系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致的一系列后果。在挖掘機的實際施工作業(yè)過程中，傳統(tǒng)控制技術(shù)在挖掘機動力系統(tǒng)輸出功率不符實際作業(yè)需求時，需要操作人員人工更改輸出功率，這相比于智能控制系統(tǒng)來說，增加了許多不必要的風(fēng)險，而在操作人員操作不當，未將挖掘機動力系統(tǒng)功率模式調(diào)節(jié)正確時，也造成了額外的能耗損失，增加了施工成本。挖掘機的“按需分配”智能控制策略。挖掘機按需分配智能控制模式中，采用設(shè)備自動運行控制方式。挖掘機動力系統(tǒng)針對挖掘機施工作業(yè)過程中實際需要的功率針對性調(diào)節(jié)挖掘機動力系統(tǒng)的輸出功率。在挖掘機“按需分配”智能控制模式中，無需操作人員控制挖掘機的運行，智能控制系統(tǒng)根據(jù)計算、分析作業(yè)中各類參數(shù)數(shù)據(jù)，切換動力輸出功率和挖掘機工作模式。在挖掘機“按需分配”智能控制模式下，相較于傳統(tǒng)挖掘機控制模式，挖掘機的動力系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)難度、作業(yè)目標具體情況智能調(diào)節(jié)自身輸出功率和工作模式，降低了挖掘機的能源消耗量，節(jié)省了人力資源，使得經(jīng)濟性達到最優(yōu)配置。
4總結(jié)
綜上所述，從工程機械設(shè)備的傳統(tǒng)操作模式轉(zhuǎn)為智能控制模式，提高了設(shè)備的工作效率，節(jié)省了人力資源，降低了設(shè)備能源消耗，有效保護了環(huán)境資源。在今后的工程作業(yè)過程中，將智能控制技術(shù)推廣開來，在其他智能控制技術(shù)尚不成熟的機械設(shè)備上針對性推廣、研發(fā)，早日在各類工程機械設(shè)備上建立智能控制系統(tǒng)，提高社會總體生產(chǎn)力。
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