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智能控制技術在工程機械控制的應用論文
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，工程機械領域技術進展突飛猛進，從傳統(tǒng)工程機械控制方式轉變?yōu)榕c智能控制技術相結合，具有高效、集約、環(huán)保等優(yōu)勢，是工程機械領域現(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的發(fā)展進程，分析智能控制技術在工程機械控制領域中的應用情況。
關鍵詞：智能控制技術；工程機械；應用情況；發(fā)展進程
前些年，我國在工程機械領域中，跟西方發(fā)達國家的技術儲備上還存在著較大差距，而近年來，隨著經(jīng)濟水平和科學技術的不斷發(fā)展，在工程機械控制領域中總體技術水平也得到了長足長進，取得了喜人成績。在智能化領域蓬勃發(fā)展之余，工業(yè)產(chǎn)業(yè)中也對智能化技術與工程機械領域相結合工作進行了不斷嘗試，隨著結合技術的逐漸成熟，智能控制技術在工程機械領域也開始發(fā)揮重要顯著作用�，F(xiàn)今，在工程機械領域整體行業(yè)中，主流觀點為工程機械控制技術的未來發(fā)展方向是智能控制技術與工程機械相結合，提高機械設備自適應能力。在智能控制技術與工程機械控制技術結合后，將會構建一個完整、科學的工程機械控制體系，使得工程機械設備中各部位之間建立信息溝通渠道，相互之間靈活配合，提高工程機械設備的施工精度。智能控制技術和工程機械控制技術相結合，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工程機械控制技術智能化的發(fā)展與起源
1.1工程機械控制技術智能化的發(fā)展
工程機械控制技術的特點為安全性高、機械精細化程度高和性能可靠程度強。在工程機械控制領域中，自動化控制系統(tǒng)是整體控制領域中的重要組成部分。自動化控制系統(tǒng)在機械設備控制過程中，起著重要作用，有效提高了機械設備的使用效率和精準度。但在前些年我國的整體技術水平偏低，由于整體時代背景因素，自動化控制系統(tǒng)技術還被西方先進國家的公司所管控，在我國工程機械控制領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智能化發(fā)展過程中，逐漸顯露出智能控制技術的一些特點，如控制系統(tǒng)人性化、網(wǎng)絡化等特點，而這些特點都是傳統(tǒng)工程機械控制技術所不具備的。機械控制技術智能化發(fā)展的主要目的為便捷工程機械操作控制流程、提高機械設備運行效率、對機械設備嚴格控制，而達到以上目的首要前提為構建工程機械智能化遠程網(wǎng)絡實時通訊系統(tǒng)。在控制工程機械實際操作施工時，通過遠距離網(wǎng)絡通訊系統(tǒng)，實時下達機械設備操作指令，對機械設備運行嚴格控制，實現(xiàn)智能控制系統(tǒng)與工程機械設備之間的無縫對接。目前，在我國工程機械控制領域中，智能化控制技術的總體發(fā)展水平還處于起步階段，但在具體技術發(fā)展中已經(jīng)取得一些喜人成績。例如，在三一重工中，對道路施工設備的智能化控制技術的相關技術研究工作中不斷突破現(xiàn)有技術，實現(xiàn)了裝載機等工程機械設備的智能化控制，有效提升了這些設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域中，實現(xiàn)智能化系統(tǒng)控制。
1.2工程機械設備智能控制技術的起源
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)范圍逐漸轉為提高科技技術。而在上世紀早期，科學界開始形成一種主流觀點，認為智能是可以計算的，科學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，工程機械設備的智能控制化觀點在Dartmouth大學的研討會上被首次提出，直到現(xiàn)今，科學界對工程機械設備的智能控制系統(tǒng)不斷深入研究、開發(fā)、創(chuàng)新。時至今日，工程機械設備智能控制系統(tǒng)在部分設備中的已經(jīng)推廣、實踐，極大提高了人類社會的總體社會生產(chǎn)力。
2智能控制技術在工程機械中的具體應用
工程機械根據(jù)具體用途、使用方向以及運行質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備與智能控制技術的結合方式也不一致。第一類工程機械設備的主要用途為各類對精細化程度要求低的工程作業(yè)，這類工程機械設備對操作控制系統(tǒng)的要求較低，這類工程機械設備的首要要求是設備運行動力充足。具體缺點為施工作業(yè)中的精細程度低，施工介質不均衡。第二類工程機械設備的主要用途為各類高精尖工程作業(yè)，這類機械設備的優(yōu)勢相對第一類工程機械設備較為明顯，如工程作業(yè)的介質均勻，機械運行時各部件之間穩(wěn)定，缺點是這類工程機械設備造價相對較高。針對上述兩種工程機械設備類別進行詳細研究，分析智能控制技術在兩類工程機械設備中的具體應用。
2.1智能控制技術在壓路機中的具體應用
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，具體技術內(nèi)容為，將機械設備中各項數(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合的智能控制技術。這項智能控制技術在工程作業(yè)中的主要作用以及內(nèi)容為：在工程機械設備施工中，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。智能控制技術在壓路機上的實際應用，提高了壓路機的作業(yè)效率和作業(yè)質量，在作業(yè)過程中作業(yè)介質變得更加均勻，設備運行更加精細化，降低了操作人員的工作強度，緩解了其工作壓力。
2.2智能控制技術在挖掘機中的具體應用
智能控制技術在挖掘機的實際應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，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。在智能控制技術應用于挖掘機之前，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的推廣，在智能控制技術與挖掘機的專業(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，采用智能控制技術與挖掘機相結合的有效策略和發(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，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進行控制操作過程中，也應注意控制技術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智能控制技術工程機械控制策略
針對上述兩類工程機械設備的使用用途、作業(yè)精細度差異，將智能控制技術的控制策略分為兩種：一種智能技術操控策略為提高機械設備的工作效率、降低使用能耗；另一種智能技術操控策略為精細化作業(yè)施工，施工介質更加均勻。筆者以壓路機與挖掘機兩種工程機械設備為例，闡述兩類工程機械設備在智能控制技術的控制策略上的差異。
3.1壓路機的智能控制技術控制策略
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的長期技術積累才能做到。在技術儲備問題上，我國較之其他工業(yè)發(fā)達國家，技術儲備還相對匱乏，缺少智能控制技術的實際施工經(jīng)驗。
3.2挖掘機的智能控制技術控制策略
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)設置為動力系統(tǒng)輸出功率相匹配數(shù)據(jù)。上述ESS技術在挖掘機施工作業(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
綜上所述，從工程機械設備的傳統(tǒng)操作模式轉為智能控制模式，提高了設備的工作效率，節(jié)省了人力資源，降低了設備能源消耗，有效保護了環(huán)境資源。在今后的工程作業(yè)過程中，將智能控制技術推廣開來，在其他智能控制技術尚不成熟的機械設備上針對性推廣、研發(fā)，早日在各類工程機械設備上建立智能控制系統(tǒng)，提高社會總體生產(chǎn)力。
參考文獻：
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