智能控制技術在工程機械控制中的應用分析

陳其劍

（中交第三航務工程局有限公司寧波分公司，浙江 寧波 315200）

1 智能控制技術的概述

以人工智能為代表的前沿技術正處于快速發展時期，現階段的生產、生活領域均彰顯出智能化的特征。信息技術的滲透給智能技術的發展提供了全新契機，于工程建設領域而言，部分工程機械已經融入智能控制技術，可按照特定的流程有序操作，期間及時感知作業環境并以自動化的方式做出分析與調整。

智能控制技術在面對問題及采取處理措施時與人的思維并無顯著差異，但突破之處在于其通過更加智能化的方式自動完成“思考”，從而調度機械等硬件裝置，完成相應的操作，減少了人力資源的投入，作業的規范性也有所保障。智能控制技術可實現對數據的采集、分析及保管等流程化操作，將其應用于工程機械領域后可賦予機械全新的“生命力”，以實際工作狀況為準自動調節工作模式，減小外界因素對工程機械帶來的干擾，使機械始終保持穩定、高效的工作狀態。

2 工程機械智能化研究的主要內容

2.1 工程機械對信息的識別

（1）超聲波傳感技術。工程機械運行環境錯綜復雜，依托于超聲波傳感器技術，可突破特殊環境的束縛，精準完成測距工作。技術原理方面，通過聲波發射器發送聲波，沿途傳播，到達目的地后該部分聲波因傳播受阻而返回，由超聲波接收器采集，根據聲波的往返時間以及傳播速度確定待測物的距離，如圖1 所示。

圖1 超聲波傳感器的應用原理

（2）激光掃描技術。以光的反射原理為依托，實現對距離的檢測，相比之下，激光掃描技術的作業精度更高，所得數據可更為有效地反映實際情況；但也存在局限之處，即對檢測環境提出較苛刻的要求，若測量路徑中的粉塵含量增多，激光的傳輸速率將大幅下降，所得結果偏差較大。

（3）圖像處理技術。現階段，圖像處理技術取得初步的應用成果，但其發展速度相對較慢，原因在于以該技術為核心的配套技術尚未成熟。一方面，需要應用高精度、高穩定性的傳感器；另一方面，對數據的采集及處理提出較高要求，需要兼顧效率和質量的關系，技術研發過程中存在諸多技術瓶頸。

（4）自動化識別技術。以智能傳感系統為核心，可全方位監控工程機械的運行狀態，采集其在運行軌跡、速度等方面的信息，全面整合至智能化控制系統內，再由計算機展開分析，生成反饋指令，促使工程機械做出特定的操作，達到智能化控制的效果，如圖2 所示。

圖2 自動識別技術

2.2 工程機械對環境的適應

工程機械的運行環境復雜，易遇到諸多不確定因素，隨著施工環境的改變，工程機械需在極短時間內自適應地做出調整，否則易出現工期延誤、質量下降等問題。

在智能控制技術的驅動下，工程機械對環境的適應水平有所提高。導航系統集傳感器、編碼器、回轉儀等于一體，經過檢測與分析，高精度調控工程機械的運行參數，以保證實際機械運行參數可以與作業環境達到相適應的狀態，減小外部環境所造成的不良影響。

3 基于實例的分析

智能控制技術在工程機械領域已經取得較為顯著的成果，為深入分析其應用特點，此處以壓路機、挖掘機為例，展開針對性的分析。

3.1 智能控制技術在壓路機中的應用

以工程施工要求為導向，初步設定壓路機的運行參數，隨著工程活動的開展，在既定參數的基礎上做出優化，包含設備行進速度、振動頻率等方面。在路面工程施工中，若實際壓實度未滿足要求，智能控制系統將感知并調整，引導壓路機轉變工作模式，例如加大振幅和頻率，按照優化后的方法操作，直至滿足要求為止。

壓路機的運行參數中，振動頻率的調整建立在壓實對象軟硬程度的基礎上，根據被碾壓物的實際情況調整頻率，以便在經過特定碾壓遍數后可提高被碾壓物的壓實度。智能控制技術在壓路機工程機械的應用中，BCMO3 系統頗具代表性，其能夠全面采集壓路機的運行信息，傳輸給計算機，由特定的程序展開分析，若存在偏差則采取針對性的控制措施。通過智能控制技術的應用還可減輕后續維護與保養的工作量。若壓路機的實際運行時間超過設定值，顯示器發出提醒，告知工作人員應當暫停壓路機的運行，按規定做好維護與保養工作，通過該機制的應用可從源頭上規避壓路機的質量問題，避免大修情況。此外，若壓路機運行階段存在異常，顯示器也將呈現出故障信息，技術人員可在信息的引導下展開深入分析，采取針對性的處理措施，盡快使壓路機恢復正常運行狀態。

3.2 智能控制技術在挖掘機中的應用

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。挖掘機在施工作業過程中，智能控制系統根據作業實際對動力的需求，自動調整挖掘機動力系統的輸出功率；（2）在挖掘機“按勞分配”智能控制策略中，針對總體作業環境、作業目標，大致分為三種“按勞分配”智能控制模式，分別為：發動系統超額功率控制模式、發動系統標準功率控制模式以及發動系統低成本功率控制模式。

該挖掘機動力系統的輸出功率在以上三種智能控制方式下均可保持不變，且該挖掘機其它部件的功率曲線與其基本一致。該智能控制系統采用了ESS 發動系統轉速度傳感器系統，挖掘機在工作時會將液壓泵的工作參數設置為與動力系統的輸出功率相匹配的數據。

在挖掘機施工作業中采用上述ESS 技術，可以使挖掘機動力系統的輸出功率被液壓泵充分吸收，極大減少挖掘機的能源消耗量。另外，為避免因動力系統失效而造成的一系列后果，可對液壓泵進行調節，進而控制和穩定動力系統的輸出功率，使動力系統始終保持在有效輸出狀態。當挖掘機動力系統的輸出功率不能滿足實際工作要求時，傳統的控制技術需要操作者手動改變挖掘機的輸出功率，相對于智能控制系統而言，增加了許多不必要的風險，同時由于操作者操作不當，沒有對挖掘機動力系統的功率模式進行正確調整，也增加了能源消耗和施工成本。

在挖掘機按需分配的智能控制模式下，設備采用自動運行的控制方式，不需要操作者對挖掘機的運行進行控制，因為該動力系統可根據施工的實際需求功率有針對性地調整動力輸出功率，根據作業中各種參數數據進行計算分析，實現動力輸出功率與挖掘機工作模式的切換。與傳統的挖掘機控制方式相比，該智能動力系統可以針對作業難度和目標的具體情況，對自身的輸出功和工作模式進行智能調節，不僅能減少能耗，還可以節約人力，達到了最佳的經濟效果。

4 結語

綜上所述，智能控制技術持續深化，其在工程機械領域的應用效果也逐步顯現，在維持工程機械的穩定性、提高工作效率、減輕人員工作量等方面均有較好的效果。希望本文所提內容可為同行提供參考，以促進智能控制技術的發展，發揮出其在工程機械領域的應用價值。