智能控制技術在工程機械控制中的應用

摘要：自動化系統在工程機械控制方面有著廣泛的應用，智能控制技術作為自動化控制系統的重要環節，是未來機械發展的重要方向。本篇文章從智能化技術出發，闡述了智能化技術運用的主要內容，并根據挖掘機以及壓路機的應用狀況進行實例解析。

關鍵詞：工程機械；智能化系統；實際運用

伴隨著工作量的加大以及工作環境的惡化，工程機械施工對施工人員的技術水平提出了很大的挑戰。即便如此，安全事故的發生次數仍然居高不下，為了降低工作人員的操作難度，保證施工人員的人身安全，做好工程機械中智能化控制系統的研究已經勢在必行。

1.工程機械自動化應用現狀

智能化控制其實就是將人工智能系統引進到了機械控制當中，相對于傳統的人工機械操作來說，智能化系統在一定程度上添加了人腦的某些因素，使機械有了很好的適應能力。智能化的網絡結構將機械的每個環節例如發動機、剎車系統、空調系統都納入到了一個界面之上，工作人員只需要下達相應的指令即可進行施工，不需要繁雜的技術操作，不僅僅方便了施工人員的操作，而且操作的質量也會有所提升[1]。下面就常用的幾種智能化控制機械進行介紹：

1.1.鑿巖車

鑿巖車是石料開采工程中的重要機械，傳統的機械在開鑿之前需要對土質進行測驗，然后根據測驗的相關數據決定機械的運行參數。智能化控制技術在鑿巖車上的使用可以簡化之前的準備環節，設備能夠根據自身的運行狀況進行自主調整例如鉆進速度、回旋速率，操作人員不需要置身于具體的操作當中，只需要對機械進行監控即可。

2.1.自動裝卸車

自動裝卸車是智能化控制機械的高端產物，目前也只是在某些先進的西方國家中出現，自動裝卸車的控制全程不需要人工的參與，實現了無人駕駛的目的。它的使用原理主要是通過激光傳感設備與GPS技術的融合，促使裝卸車的自動作業。

1.3.挖掘機

挖掘機的工作負荷量往往會比較大，對操作的精準度也有很高的要求。操作失誤不僅會使施工的質量無法達標，甚至會影響到施工人員的人身安全。智能化系統能夠對挖掘機的工作目標進行測定，根據鏟斗在施工中所遇阻力的大小選擇挖掘機的運行功率，很大程度上的提升了工作效率。

1.4.壓路機

與鑿巖機相似，壓路機在進行碾壓施工之前也需要對實際的現場情況進行人工測量，測量的主要內容有瀝青的溫度、鋪設的厚度等，然后根據實際測量的數據決定壓路機的運行參數和碾壓次數。智能化系統能夠對路面的溫度、硬度等因素進行測量，自動匹配設備運行的參數，簡化了施工之前的測量環節[2]。

2.工程機械智能化研究的主要內容

2.1.工程機械對作業對象信息的識別

2.1.1.超聲波傳感技術

超聲波傳感器主要是用來解決特殊環境下距離測量的難題，它主要是根據聲波發射器和聲波接收器兩個設備來進行距離測量的，聲波發射器發射聲波，然后到達目的地之后聲波會原路返回，智能系統根據聲波返回的時間進行測算，就可以得到施工的距離。

2.1.2.激光掃描技術

激光是利用光的反射原理對距離進行測量，相對于超聲波傳感器而言，激光掃描得到的數據精準度較高。但是，激光掃描技術對環境的要求比較高，如果測量環境中含有大量的粉塵，就會使激光的傳輸速率下降，從而造成最終結果的偏差。因此，在對聲波和激光兩種技術進行選擇時，要對施工現場的條件進行具體判定。

2.1.3.圖像處理技術

圖像處理技術的發展進度相對比較緩慢一些，原因在于圖像處理設備需要對大范圍的環境信息進行測量，這對傳感器的技術有著很高的要求，再加上圖像處理技術需要在短時間內對收集而來的數據進行處理，加大了技術研發的難度。

2.1.4.自動化識別技術

自動識別技術采用的是智能傳感系統，它能夠對機械運動的具體環節進行控制，將力度、軌跡、功率等因素納入到智能化控制系統之中，機械內部的計算機能夠對收集的數據進行分析，然后向機械的各個環節下達操作指令，從而實現機械的智能化控制[3]。

2.2.工程機械對環境的適應性作業

工程機械在施工中受很多因素的影響，施工環境的變化帶動了施工機械的參數變化，如果機械不能夠對外在環境的具體變化做及時的反應，就會影響整個施工的進程。下面就對工程機械的適用性進行介紹：

2.2.1.導航系統

導航系統主要是通過傳感器的組合來實現的，內部傳感器是導航系統的核心，主要包括編碼器、回轉儀等設備，他們能夠合理的規劃設備的移動方向，而且可以調整行進的速度。由于內部傳感器在工程機械中的應用并不是很完善，所以在運作時中會存在著一定的數據偏差，為了保證數據的準確性，就需要外部傳感器的使用，以對數據的偏差進行修正。目前，外部傳感器技術主要包括電磁和光反兩種：

通過對機械的行走線路進行分析，找出機械在移動中出現錯誤的位置，并對位置進行標記，然后在錯誤位置上鋪設電磁設備，使該位置形成一個電力磁場，當機械移動到該位置時，磁場能夠引導機械回歸到正常的軌道之上，從而使機械的移動線路得到修正。

光學反射技術在黑暗的施工環境下有著很好的導向效果。一般情況下，這種技術都是應用于地下工程之中，通過光線的反射作用找到機械移動的具體方向，從而對機械實施控制。為了防止機械在拐彎時出現碰撞，需要在通道拐彎的地方設置明顯的路標，然后利用光線反射加以識別。

3.實例分析

為了對智能化系統在機械控制方面做進一步的剖析，下面筆者就以履帶式液壓挖掘機和全液壓振動壓路為例，對智能化機械控制系統進行介紹：

3.1.挖掘機的智能控制方法

3.1.1負載適應控制

通常情況下，挖掘機的工作都不是局限于一種動力，挖掘機根據實際情況可以對多個動力進行選擇。但是，無論是哪一種功率模式，其發動機的輸出功率都是在一個固定的數值之上，既不會過大，也不會過小。為了適應多種情況下挖掘機的智能化控制，技術人員一般會對挖掘機的參數進行設定，保證泵的拉伸功率始終大于或者等于發動機的額定功率，這就使發動機得到了有效的利用，不僅保證了挖掘機能夠持續穩定的運轉，還可以降低發動機運轉時產生的能源和設備損耗。

3.1.2.動力適應控制

動力適應控制技術是挖掘機智能控制系統的典型，它能夠對作業環境進行數據收集，然后通過計算機的分析，將數據指令進行傳達，最終依靠挖掘機的動力系統來實現。例如挖掘機在進行挖掘作業時，如果挖掘的土質較為堅硬，就會使挖掘的難度增加，挖掘機的智能系統會對鏟斗傳輸過來阻力程度進行分析，發動機會根據計算機傳來的指令增加輸出功率，從而達到挖掘的目的。動力適應裝置的采用，有效的避免了人工操作的局限性，使挖掘質量有了數據性的支持。

3.1.3.控制方法

智能技術對挖掘機的控制主要是通過挖掘機的液壓系統來實現，智能系統將施工條件進行數字化轉變，然后經過智能系統的運算對液壓設備的參數進行設定。檢測的數據主要包括泵的吸收能力、輸油能力等等，有的智能化系統相對比較完整一些，可能會對控制桿的移動距離進行測量，這些微小數據的測量，會使智能化系統的準確程度大大提高。

3.2.壓路機的控制策略

3.2.1.自我調節

壓路機根據施工質量的大體要求進行設備運行參數的設定，然后通過在實際作業中的具體應用，逐步找到質量控制的具體數據，從而達到自我調節的目的。智能系統的調節主要體現在壓路機的推進速度、振動輪的振幅和振動頻率之上，如果路面的硬實度沒有達到施工的要求，壓路機就會減緩推進的速度，通過加大振幅和頻率的方法，對路面進行進一步的碾壓，直至達到施工的標準。

3.2.2.控制方法

智能系統通過對振動輪的振動頻率和振幅等數據進行檢測，判斷路面的壓實度是否達到指定要求[4]。目前，有一種叫BTM-E全新的智能控制系統能夠對路面的物理變量進行測定，通過路面的負載和變形得到最終的數據。

結束語：

智能化控制系統使人工智能化在工程機械中的應用變為可能。隨著信息化、網絡化時代的推進，這種智能技術將得到更進一步的提升。為此，做好智能化技術在工程機械控制中的研究，對企業的未來發展有著重要的意義。

參考文獻：

[1]王樹明.智能化技術在工程機械上的應用[J].山東交通學院.2011（05）

[2]張宏.智能控制技術在工程機械上的應用[J].徐工研究院.2012（07）

[3]呂昊.工程機械上智能技術的應用[J].大慶石油管理局長春機械廠.2012（11）

[4]魏洪興.智能化工程機械及其關鍵技術研究[J].北京航空航天大學.2011（17）

作者簡介：

王明冬（1976.12-）男，漢族，高級實習指導教師，高級技師，大學本科學歷，中國地質大學（武漢），研究方向：控制工程