智能控制技術(shù)在工程機(jī)械控制的應(yīng)用論文
摘要：在我國(guó)經(jīng)濟(jì)總量不斷提升，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度穩(wěn)定增長(zhǎng)時(shí)代背景下，工程機(jī)械領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)展突飛猛進(jìn)，從傳統(tǒng)工程機(jī)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(shì)，是工程機(jī)械領(lǐng)域現(xiàn)有主體發(fā)展方向之一。本文探討工程機(jī)械控制中智能化控制技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，分析智能控制技術(shù)在工程機(jī)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(jī)械；應(yīng)用情況；發(fā)展進(jìn)程
前些年，我國(guó)在工程機(jī)械領(lǐng)域中，跟西方發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)儲(chǔ)備上還存在著較大差距，而近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工程機(jī)械控制領(lǐng)域中總體技術(shù)水平也得到了長(zhǎng)足長(zhǎng)進(jìn)，取得了喜人成績(jī)。在智能化領(lǐng)域蓬勃發(fā)展之余，工業(yè)產(chǎn)業(yè)中也對(duì)智能化技術(shù)與工程機(jī)械領(lǐng)域相結(jié)合工作進(jìn)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(jī)械領(lǐng)域也開(kāi)始發(fā)揮重要顯著作用。現(xiàn)今，在工程機(jī)械領(lǐng)域整體行業(yè)中，主流觀點(diǎn)為工程機(jī)械控制技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向是智能控制技術(shù)與工程機(jī)械相結(jié)合，提高機(jī)械設(shè)備自適應(yīng)能力。在智能控制技術(shù)與工程機(jī)械控制技術(shù)結(jié)合后，將會(huì)構(gòu)建一個(gè)完整、科學(xué)的工程機(jī)械控制體系，使得工程機(jī)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(jī)械設(shè)備的施工精度。智能控制技術(shù)和工程機(jī)械控制技術(shù)相結(jié)合，不但在提高機(jī)械使用效率、環(huán)保問(wèn)題上有著顯著作用，更有利于工程機(jī)械控制領(lǐng)域的智能化、精細(xì)化發(fā)展不斷前進(jìn)，提高我國(guó)整體工程機(jī)械控制領(lǐng)域水平，從而更好促進(jìn)我國(guó)整體工業(yè)水平的發(fā)展。
1工程機(jī)械控制技術(shù)智能化的發(fā)展與起源
1.1工程機(jī)械控制技術(shù)智能化的發(fā)展
工程機(jī)械控制技術(shù)的特點(diǎn)為安全性高、機(jī)械精細(xì)化程度高和性能可靠程度強(qiáng)。在工程機(jī)械控制領(lǐng)域中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)是整體控制領(lǐng)域中的重要組成部分。自動(dòng)化控制系統(tǒng)在機(jī)械設(shè)備控制過(guò)程中，起著重要作用，有效提高了機(jī)械設(shè)備的使用效率和精準(zhǔn)度。但在前些年我國(guó)的整體技術(shù)水平偏低，由于整體時(shí)代背景因素，自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)還被西方先進(jìn)國(guó)家的公司所管控，在我國(guó)工程機(jī)械控制領(lǐng)域中自動(dòng)化控制系統(tǒng)沒(méi)有得到推廣。在工程機(jī)械控制技術(shù)智能化發(fā)展過(guò)程中，逐漸顯露出智能控制技術(shù)的一些特點(diǎn)，如控制系統(tǒng)人性化、網(wǎng)絡(luò)化等特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)都是傳統(tǒng)工程機(jī)械控制技術(shù)所不具備的。機(jī)械控制技術(shù)智能化發(fā)展的主要目的為便捷工程機(jī)械操作控制流程、提高機(jī)械設(shè)備運(yùn)行效率、對(duì)機(jī)械設(shè)備嚴(yán)格控制，而達(dá)到以上目的首要前提為構(gòu)建工程機(jī)械智能化遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)通訊系統(tǒng)。在控制工程機(jī)械實(shí)際操作施工時(shí)，通過(guò)遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)，實(shí)時(shí)下達(dá)機(jī)械設(shè)備操作指令，對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行嚴(yán)格控制，實(shí)現(xiàn)智能控制系統(tǒng)與工程機(jī)械設(shè)備之間的無(wú)縫對(duì)接。目前，在我國(guó)工程機(jī)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(jī)。例如，在三一重工中，對(duì)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(shí)現(xiàn)了裝載機(jī)等工程機(jī)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(jī)械控制智能化發(fā)展過(guò)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(jī)械領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)智能化系統(tǒng)控制。
1.2工程機(jī)械設(shè)備智能控制技術(shù)的起源
在十八世紀(jì)六十年代，蒸汽機(jī)的誕生，開(kāi)創(chuàng)了以機(jī)械設(shè)備代替手工生產(chǎn)的時(shí)代，從那以后，人類(lèi)社會(huì)的生產(chǎn)力提高方向便從擴(kuò)大生產(chǎn)范圍逐漸轉(zhuǎn)為提高科技技術(shù)。而在上世紀(jì)早期，科學(xué)界開(kāi)始形成一種主流觀點(diǎn)，認(rèn)為智能是可以計(jì)算的，科學(xué)界針對(duì)此觀點(diǎn)不斷研發(fā)、嘗試，在1946年2月15日，在美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)誕生了人類(lèi)歷史上第一臺(tái)通用電子計(jì)算機(jī)ENIAC。在ENIAC誕生二十余年后，工程機(jī)械設(shè)備的智能控制化觀點(diǎn)在Dartmouth大學(xué)的研討會(huì)上被首次提出，直到現(xiàn)今，科學(xué)界對(duì)工程機(jī)械設(shè)備的智能控制系統(tǒng)不斷深入研究、開(kāi)發(fā)、創(chuàng)新。時(shí)至今日，工程機(jī)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(shí)踐，極大提高了人類(lèi)社會(huì)的總體社會(huì)生產(chǎn)力。
2智能控制技術(shù)在工程機(jī)械中的具體應(yīng)用
工程機(jī)械根據(jù)具體用途、使用方向以及運(yùn)行質(zhì)量等具體方面共劃分為兩大類(lèi)別，兩類(lèi)工程機(jī)械都有著具體優(yōu)缺點(diǎn)，不同類(lèi)別的工程機(jī)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(lèi)工程機(jī)械設(shè)備的主要用途為各類(lèi)對(duì)精細(xì)化程度要求低的工程作業(yè)，這類(lèi)工程機(jī)械設(shè)備對(duì)操作控制系統(tǒng)的要求較低，這類(lèi)工程機(jī)械設(shè)備的首要要求是設(shè)備運(yùn)行動(dòng)力充足。具體缺點(diǎn)為施工作業(yè)中的精細(xì)程度低，施工介質(zhì)不均衡。第二類(lèi)工程機(jī)械設(shè)備的主要用途為各類(lèi)高精尖工程作業(yè)，這類(lèi)機(jī)械設(shè)備的優(yōu)勢(shì)相對(duì)第一類(lèi)工程機(jī)械設(shè)備較為明顯，如工程作業(yè)的介質(zhì)均勻，機(jī)械運(yùn)行時(shí)各部件之間穩(wěn)定，缺點(diǎn)是這類(lèi)工程機(jī)械設(shè)備造價(jià)相對(duì)較高。針對(duì)上述兩種工程機(jī)械設(shè)備類(lèi)別進(jìn)行詳細(xì)研究，分析智能控制技術(shù)在兩類(lèi)工程機(jī)械設(shè)備中的具體應(yīng)用。
2.1智能控制技術(shù)在壓路機(jī)中的具體應(yīng)用
早在上世紀(jì)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(jī)械設(shè)備中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的顯示器、加速度傳感器以及電子指令單元三個(gè)部位相結(jié)合的智能控制技術(shù)。這項(xiàng)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(jī)械設(shè)備施工中，根據(jù)土地的軟硬、干燥具體程度來(lái)對(duì)工程機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)輪速度智能控制，已達(dá)到與施工路況相較符合的振動(dòng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)速度，實(shí)時(shí)針對(duì)不同路況的土地堅(jiān)硬程度切換相符速度。在壓路機(jī)智能控制技術(shù)操縱過(guò)程中，會(huì)智能切換適合操作模式，在壓路機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，在顯示器中顯示出現(xiàn)問(wèn)題的具體部分，有利于操作人員對(duì)壓路機(jī)進(jìn)行針對(duì)性維修、保養(yǎng)工作。例如，在壓路機(jī)實(shí)際工程作業(yè)中，某一區(qū)域的操作指標(biāo)出現(xiàn)異常現(xiàn)象，超過(guò)了具體部位的參數(shù)上限，這時(shí)，智能控制系統(tǒng)自主切換工作模式，避免壓路機(jī)出現(xiàn)更大損失，同時(shí)，在顯示器中顯示出現(xiàn)問(wèn)題部位的具體構(gòu)造圖和詳細(xì)參數(shù)，有效協(xié)助操作人員發(fā)現(xiàn)、解決壓路機(jī)出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題。智能控制技術(shù)在壓路機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用，提高了壓路機(jī)的作業(yè)效率和作業(yè)質(zhì)量，在作業(yè)過(guò)程中作業(yè)介質(zhì)變得更加均勻，設(shè)備運(yùn)行更加精細(xì)化，降低了操作人員的工作強(qiáng)度，緩解了其工作壓力。
2.2智能控制技術(shù)在挖掘機(jī)中的具體應(yīng)用
智能控制技術(shù)在挖掘機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中具體分為兩種控制形式：對(duì)挖掘機(jī)負(fù)荷功能的控制和對(duì)挖掘機(jī)動(dòng)能的控制。在智能技術(shù)控制下的挖掘機(jī)，各個(gè)組成部分之間存在著相互影響的特點(diǎn)，如挖掘機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)載系統(tǒng)和動(dòng)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(jī)動(dòng)力輸出系統(tǒng)保持不變的情況下，智能控制系統(tǒng)才能對(duì)挖掘機(jī)的負(fù)載系統(tǒng)進(jìn)行有效的控制。在挖掘機(jī)實(shí)際施工作業(yè)過(guò)程中，在智能技術(shù)控制下，挖掘機(jī)的動(dòng)力輸出系統(tǒng)會(huì)根據(jù)不同施工作業(yè)的實(shí)際動(dòng)力需求量供應(yīng)，這也節(jié)省了挖掘機(jī)的運(yùn)行能耗成本，最大程度減少了挖掘機(jī)的壽命損耗，提高了挖掘機(jī)的工作效率。智能控制技術(shù)操作下的挖掘機(jī)相較于傳統(tǒng)操作模式下的挖掘機(jī)，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(jī)之前，傳統(tǒng)挖掘機(jī)操作模式中存在著很多問(wèn)題。例如，在挖掘機(jī)施工作業(yè)中，由于挖掘機(jī)發(fā)電機(jī)部位的功效低，很難滿(mǎn)足施工過(guò)程中的實(shí)際需求。針對(duì)此問(wèn)題，挖掘機(jī)操作人員將主泵操控系統(tǒng)部分和挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)部分都安裝于挖掘機(jī)上，對(duì)挖掘工程實(shí)際作業(yè)中，造成了極大的困惑。隨著近年來(lái)智能控制技術(shù)的推廣，在智能控制技術(shù)與挖掘機(jī)的專(zhuān)業(yè)操作人員深入研究下，提出了摒棄挖掘機(jī)傳統(tǒng)控制技術(shù)，采用智能控制技術(shù)與挖掘機(jī)相結(jié)合的有效策略和發(fā)展方向，提高了挖掘機(jī)的作業(yè)效率。在智能控制技術(shù)下，挖掘機(jī)在實(shí)際施工作業(yè)過(guò)程中，根據(jù)施工實(shí)際內(nèi)容對(duì)挖掘機(jī)的具體要求，智能控制系統(tǒng)針對(duì)實(shí)際需求量進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)供應(yīng)，這有效控制了挖掘機(jī)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(jī)使用智能控制技術(shù)進(jìn)行控制操作過(guò)程中，也應(yīng)注意控制技術(shù)實(shí)際操作中的具體要求。例如，在挖掘機(jī)施工作業(yè)過(guò)程中，充分利用挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的油門(mén)分檔，載符合要求的具體操作下，有助于控制挖掘機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，優(yōu)化挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)系統(tǒng)的液壓燃油配置。
3智能控制技術(shù)工程機(jī)械控制策略
針對(duì)上述兩類(lèi)工程機(jī)械設(shè)備的使用用途、作業(yè)精細(xì)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(jī)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(xì)化作業(yè)施工，施工介質(zhì)更加均勻。筆者以壓路機(jī)與挖掘機(jī)兩種工程機(jī)械設(shè)備為例，闡述兩類(lèi)工程機(jī)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(jī)的智能控制技術(shù)控制策略
在壓路機(jī)的實(shí)際施工作業(yè)中，智能控制系統(tǒng)的具體控制方式為：針對(duì)作業(yè)項(xiàng)目中作業(yè)目標(biāo)的實(shí)際質(zhì)量，智能系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)壓路機(jī)的使用動(dòng)能以及對(duì)作業(yè)效果實(shí)時(shí)檢測(cè)，智能計(jì)算壓路機(jī)在各類(lèi)施工環(huán)境、作業(yè)目標(biāo)中的最佳控制方案。在壓路機(jī)施工作業(yè)中，提前輸入作業(yè)過(guò)程中各類(lèi)參數(shù)，智能控制系統(tǒng)在施工前提前計(jì)算壓路機(jī)在作業(yè)過(guò)程中的各類(lèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)，針對(duì)各類(lèi)作業(yè)環(huán)境以及目標(biāo)適當(dāng)切換相應(yīng)工作模式，自動(dòng)調(diào)節(jié)壓路機(jī)各類(lèi)參數(shù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)、振動(dòng)論的振動(dòng)頻率等部分，以期提高壓路機(jī)的工作效率和作業(yè)質(zhì)量，降低壓路機(jī)的使用能耗。在壓路機(jī)的施工作業(yè)中，智能控制技術(shù)對(duì)壓路機(jī)整體控制中，最為重要的是對(duì)壓路機(jī)鋪層壓實(shí)作業(yè)的控制。在壓路機(jī)鋪層壓實(shí)作業(yè)中，控制系統(tǒng)需要對(duì)各方面數(shù)據(jù)加以整體計(jì)算、分析，如對(duì)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(jī)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(duì)性、實(shí)時(shí)計(jì)算分析，才能選擇最佳控制方案進(jìn)行作業(yè)，而這需要智能控制技術(shù)的長(zhǎng)期技術(shù)積累才能做到。在技術(shù)儲(chǔ)備問(wèn)題上，我國(guó)較之其他工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，技術(shù)儲(chǔ)備還相對(duì)匱乏，缺少智能控制技術(shù)的'實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)。
3.2挖掘機(jī)的智能控制技術(shù)控制策略
當(dāng)前挖掘機(jī)的智能控制策略細(xì)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(jī)的“按勞分配”智能控制策略。挖掘機(jī)在施工作業(yè)過(guò)程中，智能控制系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)實(shí)際對(duì)動(dòng)力的需求，自動(dòng)調(diào)整挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率。在挖掘機(jī)“按勞分配”智能控制策略中，針對(duì)總體作業(yè)環(huán)境、作業(yè)目標(biāo)，大致分為三種“按勞分配”智能控制模式，分別為：發(fā)動(dòng)系統(tǒng)超額功率控制模式、發(fā)動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)功率控制模式以及發(fā)動(dòng)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(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率穩(wěn)定不變，而挖掘機(jī)其他組成部分的功率曲線(xiàn)與之相符合。挖掘機(jī)的智能控制系統(tǒng)中采用了ESS發(fā)動(dòng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速度傳感系統(tǒng)，在挖掘機(jī)施工作業(yè)過(guò)程中，將液壓泵的運(yùn)行參數(shù)數(shù)據(jù)設(shè)置為動(dòng)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(jī)施工作業(yè)的過(guò)程中，使得液壓泵充分吸收挖掘機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)輸出功率，降低了挖掘機(jī)的使用能耗。智能控制系統(tǒng)在挖掘機(jī)作業(yè)過(guò)程中，還可以通過(guò)對(duì)液壓泵部位的有效調(diào)節(jié)，控制、穩(wěn)定挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率，避免挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致的一系列后果。在挖掘機(jī)的實(shí)際施工作業(yè)過(guò)程中，傳統(tǒng)控制技術(shù)在挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)輸出功率不符實(shí)際作業(yè)需求時(shí)，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(lái)說(shuō)，增加了許多不必要的風(fēng)險(xiǎn)，而在操作人員操作不當(dāng)，未將挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)功率模式調(diào)節(jié)正確時(shí)，也造成了額外的能耗損失，增加了施工成本。挖掘機(jī)的“按需分配”智能控制策略。挖掘機(jī)按需分配智能控制模式中，采用設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行控制方式。挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)針對(duì)挖掘機(jī)施工作業(yè)過(guò)程中實(shí)際需要的功率針對(duì)性調(diào)節(jié)挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率。在挖掘機(jī)“按需分配”智能控制模式中，無(wú)需操作人員控制挖掘機(jī)的運(yùn)行，智能控制系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算、分析作業(yè)中各類(lèi)參數(shù)數(shù)據(jù)，切換動(dòng)力輸出功率和挖掘機(jī)工作模式。在挖掘機(jī)“按需分配”智能控制模式下，相較于傳統(tǒng)挖掘機(jī)控制模式，挖掘機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)難度、作業(yè)目標(biāo)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(jī)的能源消耗量，節(jié)省了人力資源，使得經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最優(yōu)配置。
4總結(jié)
綜上所述，從工程機(jī)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(hù)了環(huán)境資源。在今后的工程作業(yè)過(guò)程中，將智能控制技術(shù)推廣開(kāi)來(lái)，在其他智能控制技術(shù)尚不成熟的機(jī)械設(shè)備上針對(duì)性推廣、研發(fā)，早日在各類(lèi)工程機(jī)械設(shè)備上建立智能控制系統(tǒng)，提高社會(huì)總體生產(chǎn)力。
參考文獻(xiàn)：
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