智能控制技术在工程机械控制中的应用

摘要：自动化系统在工程机械控制方面有着广泛的应用，智能控制技术作为自动化控制系统的重要环节，是未来机械发展的重要方向。本篇文章从智能化技术出发，阐述了智能化技术运用的主要内容，并根据挖掘机以及压路机的应用状况进行实例解析。

关键词：工程机械；智能化系统；实际运用

伴随着工作量的加大以及工作环境的恶化，工程机械施工对施工人员的技术水平提出了很大的挑战。即便如此，安全事故的发生次数仍然居高不下，为了降低工作人员的操作难度，保证施工人员的人身安全，做好工程机械中智能化控制系统的研究已经势在必行。

1.工程机械自动化应用现状

智能化控制其实就是将人工智能系统引进到了机械控制当中，相对于传统的人工机械操作来说，智能化系统在一定程度上添加了人脑的某些因素，使机械有了很好的适应能力。智能化的网络结构将机械的每个环节例如发动机、刹车系统、空调系统都纳入到了一个界面之上，工作人员只需要下达相应的指令即可进行施工，不需要繁杂的技术操作，不仅仅方便了施工人员的操作，而且操作的质量也会有所提升[1]。下面就常用的几种智能化控制机械进行介绍：

1.1.凿岩车

凿岩车是石料开采工程中的重要机械，传统的机械在开凿之前需要对土质进行测验，然后根据测验的相关数据决定机械的运行参数。智能化控制技术在凿岩车上的使用可以简化之前的准备环节，设备能够根据自身的运行状况进行自主调整例如钻进速度、回旋速率，操作人员不需要置身于具体的操作当中，只需要对机械进行监控即可。

2.1.自动装卸车

自动装卸车是智能化控制机械的高端产物，目前也只是在某些先进的西方国家中出现，自动装卸车的控制全程不需要人工的参与，实现了无人驾驶的目的。它的使用原理主要是通过激光传感设备与GPS技术的融合，促使装卸车的自动作业。

1.3.挖掘机

挖掘机的工作负荷量往往会比较大，对操作的精准度也有很高的要求。操作失误不仅会使施工的质量无法达标，甚至会影响到施工人员的人身安全。智能化系统能够对挖掘机的工作目标进行测定，根据铲斗在施工中所遇阻力的大小选择挖掘机的运行功率，很大程度上的提升了工作效率。

1.4.压路机

与凿岩机相似，压路机在进行碾压施工之前也需要对实际的现场情况进行人工测量，测量的主要内容有沥青的温度、铺设的厚度等，然后根据实际测量的数据决定压路机的运行参数和碾压次数。智能化系统能够对路面的温度、硬度等因素进行测量，自动匹配设备运行的参数，简化了施工之前的测量环节[2]。

2.工程机械智能化研究的主要内容

2.1.工程机械对作业对象信息的识别

2.1.1.超声波传感技术

超声波传感器主要是用来解决特殊环境下距离测量的难题，它主要是根据声波发射器和声波接收器两个设备来进行距离测量的，声波发射器发射声波，然后到达目的地之后声波会原路返回，智能系统根据声波返回的时间进行测算，就可以得到施工的距离。

2.1.2.激光扫描技术

激光是利用光的反射原理对距离进行测量，相对于超声波传感器而言，激光扫描得到的数据精准度较高。但是，激光扫描技术对环境的要求比较高，如果测量环境中含有大量的粉尘，就会使激光的传输速率下降，从而造成最终结果的偏差。因此，在对声波和激光两种技术进行选择时，要对施工现场的条件进行具体判定。

2.1.3.图像处理技术

图像处理技术的发展进度相对比较缓慢一些，原因在于图像处理设备需要对大范围的环境信息进行测量，这对传感器的技术有着很高的要求，再加上图像处理技术需要在短时间内对收集而来的数据进行处理，加大了技术研发的难度。

2.1.4.自动化识别技术

自动识别技术采用的是智能传感系统，它能够对机械运动的具体环节进行控制，将力度、轨迹、功率等因素纳入到智能化控制系统之中，机械内部的计算机能够对收集的数据进行分析，然后向机械的各个环节下达操作指令，从而实现机械的智能化控制[3]。

2.2.工程机械对环境的适应性作业

工程机械在施工中受很多因素的影响，施工环境的变化带动了施工机械的参数变化，如果机械不能够对外在环境的具体变化做及时的反应，就会影响整个施工的进程。下面就对工程机械的适用性进行介绍：

2.2.1.导航系统

导航系统主要是通过传感器的组合来实现的，内部传感器是导航系统的核心，主要包括编码器、回转仪等设备，他们能够合理的规划设备的移动方向，而且可以调整行进的速度。由于内部传感器在工程机械中的应用并不是很完善，所以在运作时中会存在着一定的数据偏差，为了保证数据的准确性，就需要外部传感器的使用，以对数据的偏差进行修正。目前，外部传感器技术主要包括电磁和光反两种：

通过对机械的行走线路进行分析，找出机械在移动中出现错误的位置，并对位置进行标记，然后在错误位置上铺设电磁设备，使该位置形成一个电力磁场，当机械移动到该位置时，磁场能够引导机械回归到正常的轨道之上，从而使机械的移动线路得到修正。

光学反射技术在黑暗的施工环境下有着很好的导向效果。一般情况下，这种技术都是应用于地下工程之中，通过光线的反射作用找到机械移动的具体方向，从而对机械实施控制。为了防止机械在拐弯时出现碰撞，需要在通道拐弯的地方设置明显的路标，然后利用光线反射加以识别。

3.实例分析

为了对智能化系统在机械控制方面做进一步的剖析，下面笔者就以履带式液压挖掘机和全液压振动压路为例，对智能化机械控制系统进行介绍：

3.1.挖掘机的智能控制方法

3.1.1负载适应控制

通常情况下，挖掘机的工作都不是局限于一种动力，挖掘机根据实际情况可以对多个动力进行选择。但是，无论是哪一种功率模式，其发动机的输出功率都是在一个固定的数值之上，既不会过大，也不会过小。为了适应多种情况下挖掘机的智能化控制，技术人员一般会对挖掘机的参数进行设定，保证泵的拉伸功率始终大于或者等于发动机的额定功率，这就使发动机得到了有效的利用，不仅保证了挖掘机能够持续稳定的运转，还可以降低发动机运转时产生的能源和设备损耗。

3.1.2.动力适应控制

动力适应控制技术是挖掘机智能控制系统的典型，它能够对作业环境进行数据收集，然后通过计算机的分析，将数据指令进行传达，最终依靠挖掘机的动力系统来实现。例如挖掘机在进行挖掘作业时，如果挖掘的土质较为坚硬，就会使挖掘的难度增加，挖掘机的智能系统会对铲斗传输过来阻力程度进行分析，发动机会根据计算机传来的指令增加输出功率，从而达到挖掘的目的。动力适应装置的采用，有效的避免了人工操作的局限性，使挖掘质量有了数据性的支持。

3.1.3.控制方法

智能技术对挖掘机的控制主要是通过挖掘机的液压系统来实现，智能系统将施工条件进行数字化转变，然后经过智能系统的运算对液压设备的参数进行设定。检测的数据主要包括泵的吸收能力、输油能力等等，有的智能化系统相对比较完整一些，可能会对控制杆的移动距离进行测量，这些微小数据的测量，会使智能化系统的准确程度大大提高。

3.2.压路机的控制策略

3.2.1.自我调节

压路机根据施工质量的大体要求进行设备运行参数的设定，然后通过在实际作业中的具体应用，逐步找到质量控制的具体数据，从而达到自我调节的目的。智能系统的调节主要体现在压路机的推进速度、振动轮的振幅和振动频率之上，如果路面的硬实度没有达到施工的要求，压路机就会减缓推进的速度，通过加大振幅和频率的方法，对路面进行进一步的碾压，直至达到施工的标准。

3.2.2.控制方法

智能系统通过对振动轮的振动频率和振幅等数据进行检测，判断路面的压实度是否达到指定要求[4]。目前，有一种叫BTM-E全新的智能控制系统能够对路面的物理变量进行测定，通过路面的负载和变形得到最终的数据。

结束语：

智能化控制系统使人工智能化在工程机械中的应用变为可能。随着信息化、网络化时代的推进，这种智能技术将得到更进一步的提升。为此，做好智能化技术在工程机械控制中的研究，对企业的未来发展有着重要的意义。

参考文献：

[1]王树明.智能化技术在工程机械上的应用[J].山东交通学院.2011（05）

[2]张宏.智能控制技术在工程机械上的应用[J].徐工研究院.2012（07）

[3]吕昊.工程机械上智能技术的应用[J].大庆石油管理局长春机械厂.2012（11）

[4]魏洪兴.智能化工程机械及其关键技术研究[J].北京航空航天大学.2011（17）

作者简介：

王明冬（1976.12-）男，汉族，高级实习指导教师，高级技师，大学本科学历，中国地质大学（武汉），研究方向：控制工程