一种摊铺机行走智能控制系统及控制方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310251239.1

申请日:

2013.06.24

公开号:

CN103303124A

公开日:

2013.09.18

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B60K 8/00申请日:20130624|||公开

IPC分类号:

B60K8/00; B60K17/10; B60R16/023; E01C19/12

主分类号:

B60K8/00

申请人:

广东惠利普路桥信息工程有限公司

发明人:

李遵杰; 周爱明

地址:

523000 广东省中山市火炬开发区中山港大道70号第2栋厂房的首层

优先权:

专利代理机构:

东莞市众达专利商标事务所(普通合伙) 44251

代理人:

皮发泉

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内容摘要

本发明公开一种摊铺机行走智能控制系统及控制方法,系统包括油箱、滤油器、变量液压泵、电磁溢流阀、单向阀、电液伺服阀、液压电机、速度传感器以及智能控制器;在沥青混凝土摊铺机行走系统液压电机输出轴上装速度传感器,液压电机的输出转速通过速度传感器检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡送给模糊控制器,模糊控制器将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路的输入端,然后放大电路输出电流信号以驱动电液伺服阀,通过调节电液伺服阀的开口来控制进、出液压电机的流量,从而控制液压电机的转速。

权利要求书

1.   一种摊铺机行走智能控制系统,其特征在于:包括油箱、滤油器、变量液压泵、电磁溢流阀、单向阀、电液伺服阀、液压电机、速度传感器以及智能控制器;
所述变量液压泵通过滤油器连接油箱,其作为系统的动力源,将发动机产生的动能转化为压力能,向液压系统提供压力油;
该电磁溢流阀接在变量液压泵和单向阀之间,用来保证出口压力恒定或限制系统压力的最大值;
该电液伺服阀通过单向阀连接变量液压泵,该由电液伺服阀控制变量液压泵变量的变量,在负载压差一定时,阀的输出流量与输入电流成正比,输入电流反向,输出流量亦反向;
该液压电机连接电液伺服阀,液压电机的转速与转动方向由电液伺服阀的输出流量大小和方向来决定,用来将液压能变为输出轴转动的机械能,产生行驶动作加于驱动链轮上,实现行驶驱动;
该智能控制器连接于速度传感器与电液伺服阀之间,通过速度传感器器检测液压电机反馈信号,输入指令信号,并通过智能控制器变量液压电机对信号进行分析、处理后,给电液伺服阀输出控制信号。

2.
   根据权利要求1所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于:所述液压电机是两挡变量液压电机。

3.
   根据权利要求1所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于:所述智能控制器包括模糊控制器、连接于模糊控制器和速度传感器之间的数据采集卡、串联于模糊控制器与电液伺服阀之间的D/A转换电路和放大电路;
在沥青混凝土摊铺机行走系统液压电机输出轴上装速度传感器,液压电机的输出转速通过速度传感器检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡送给模糊控制器,模糊控制器将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路的输入端,然后放大电路输出电流信号以驱动电液伺服阀,通过调节电液伺服阀的开口来控制进、出液压电机的流量,从而控制液压电机的转速。

4.
   根据权利要求3所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于:所述模糊控制器中设置模糊控制运算模块。

5.
   根据权利要求4所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于:所述模糊控制运算模块包含三个功能环节,分别是用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节、模糊控制算法功能单元以及用于输出解模糊化的模糊判决环节。

6.
   根据权利要求5所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于:所述模糊控制算法功能单元中,模糊控制算法的模糊规则采用Mamdani 规则。

7.
   根据权利要求3所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于:所述模糊控制器中设置有报警模块,当系统出现故障时,自动发出报警信号。

8.
   根据权利要求3所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于:所述模糊控制器为PLC。

9.
   一种摊铺机行走智能控制系统的控制方法,其特征在于: 
在沥青混凝土摊铺机行走系统液压电机输出轴上装速度传感器,液压电机的输出转速通过速度传感器检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡送给模糊控制器,模糊控制器将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路的输入端,然后放大电路输出电流信号以驱动电液伺服阀,通过调节电液伺服阀的开口来控制进、出液压电机的流量,从而控制液压电机的转速;
当速度指令一定而摊铺机驱动轮以某个给定的旋转速度工作时,速度传感器输出反馈电压信号为一定,则模糊控制器计算出偏差电压一定,通过电液伺服阀控制使马达的流量一定,驱动液压电机的转速保持稳定;在工作过程中,如果负载、摩擦力、温度或其他原因引起速度变化时,速度传感器输出反馈电压信号发生变化,则模糊控制器输出电流信号以驱动电液伺服阀改变泵的排量,使其排量缩小或变大,进、出液压电机的流量发生变化,从而使液压电机输出转速向减小速度误差的方向变化,维持速度恒定。

说明书

一种摊铺机行走智能控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及自动控制领域技术,尤其是指一种摊铺机行走智能控制系统及控制方法。
背景技术
工程机械作为我国机械制造的一大产业,对机械工业技术进步发挥巨大的牵动作用。路面摊铺机作为一个国家工程机械技术水平的重要标志,受到发达国家的高度重视。在其基本功能和可靠性已完全得到满足的情况下,各国纷纷将现代控制技术运用到摊铺机上,从而实现操作和控制的智能化,减轻工人的劳动强度,实现技术的升级换代,有效增强工程机械产品的市场竞争力,有力推动经济建设的发展。
在我国,智能路面摊铺机的开发处于起步阶段,一些进口的智能化摊铺机已开始在我国公路路面施工中得到应用,如ABG TITAN525、DYNA.PAC F30。用这些摊铺机施工的路面施工质量、可靠性均有较大提高,获得用户的认可。随着我国对路面施工质量要求的提高,国内对智能路面摊铺机的需求将越来越大。
摊铺机的作业过程是:当热料送入料斗后,操作者给出作为工作主命令的行驶指令,于是刮板输送器开始工作;热料送入摊铺料槽,再由螺旋输送器将其分送至两边;烫平板在振动、振捣器在运转的同时,在主机牵引作用下,经压实将热料形成摊铺层。
在摊铺机功率匹配的理论研究中有两个假设:一是摊铺机摊铺速度不变;二是物料供给量恒定不变。这两个假设是摊铺机理想的工作状态。在此理想状态下,摊铺机施工可获得较高的路面平整度指标,这也是摊铺机设计中不断追求的目标。实际工作过程中,当外负载增加时,系统工作压力增大,发动机扭矩上升,发动机转速下降(见图1),输出流量下降从而马达转速下降,最终导致摊铺速度下降。泵、马达等液压件间摩擦配合间隙增大以及油温升高等因素,会导致闭式液压回路容积效率下降,导致摊铺速度的改变,影响摊铺质量。所以说,摊铺机恒速摊铺技术一直是摊铺机设计制造中的关键技术之一。
发明内容
有鉴于此,本发明针对现有技术存在之缺失,其主要目的是提供一种摊铺机行走智能控制系统,其能够有效控制摊铺机跑偏量,从而提高操作的舒适性,提高控制精度,改善路面的施工质量。
为实现上述目的,本发明采用如下之技术方案:
一种摊铺机行走智能控制系统,包括油箱、滤油器、变量液压泵、电磁溢流阀、单向阀、电液伺服阀、液压电机、速度传感器以及智能控制器;
所述变量液压泵通过滤油器连接油箱,其作为系统的动力源,将发动机产生的动能转化为压力能,向液压系统提供压力油;
该电磁溢流阀接在变量液压泵和单向阀之间,用来保证出口压力恒定或限制系统压力的最大值;
该电液伺服阀通过单向阀连接变量液压泵,该由电液伺服阀控制变量液压泵变量的变量,在负载压差一定时,阀的输出流量与输入电流成正比,输入电流反向,输出流量亦反向;
该液压电机连接电液伺服阀,液压电机的转速与转动方向由电液伺服阀的输出流量大小和方向来决定,用来将液压能变为输出轴转动的机械能,产生行驶动作加于驱动链轮上,实现行驶驱动;
该智能控制器连接于速度传感器与电液伺服阀之间,通过速度传感器器检测液压电机反馈信号,输入指令信号,并通过智能控制器变量液压电机对信号进行分析、处理后,给电液伺服阀输出控制信号。
优选的,所述液压电机是两挡变量液压电机。
优选的,所述智能控制器包括模糊控制器、连接于模糊控制器和速度传感器之间的数据采集卡、串联于模糊控制器与电液伺服阀之间的D/A转换电路和放大电路;
在沥青混凝土摊铺机行走系统液压电机输出轴上装速度传感器,液压电机的输出转速通过速度传感器检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡送给模糊控制器,模糊控制器将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路的输入端,然后放大电路输出电流信号以驱动电液伺服阀,通过调节电液伺服阀的开口来控制进、出液压电机的流量,从而控制液压电机的转速。
优选的,所述模糊控制器中设置模糊控制运算模块。
优选的,所述模糊控制运算模块包含三个功能环节,分别是用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节、模糊控制算法功能单元以及用于输出解模糊化的模糊判决环节。
优选的,所述模糊控制算法功能单元中,模糊控制算法的模糊规则采用Mamdani 规则。
优选的,所述模糊控制器中设置有报警模块,当系统出现故障时,自动发出报警信号。
优选的,所述模糊控制器为PLC。
一种摊铺机行走智能控制系统的控制方法, 
在沥青混凝土摊铺机行走系统液压电机输出轴上装速度传感器,液压电机的输出转速通过速度传感器检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡送给模糊控制器,模糊控制器将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路的输入端,然后放大电路输出电流信号以驱动电液伺服阀,通过调节电液伺服阀的开口来控制进、出液压电机的流量,从而控制液压电机的转速;
当速度指令一定而摊铺机驱动轮以某个给定的旋转速度工作时,速度传感器输出反馈电压信号为一定,则模糊控制器计算出偏差电压一定,通过电液伺服阀控制使马达的流量一定,驱动液压电机的转速保持稳定;在工作过程中,如果负载、摩擦力、温度或其他原因引起速度变化时,速度传感器输出反馈电压信号发生变化,则模糊控制器输出电流信号以驱动电液伺服阀改变泵的排量,使其排量缩小或变大,进、出液压电机的流量发生变化,从而使液压电机输出转速向减小速度误差的方向变化,维持速度恒定。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果,具体而言,由上述技术方案可知,将智能控制技术应用到沥青混凝土摊铺机行驶液压系统中, 可以克服传统PID 控制的控制性能较差, 运行过程中产生超调、不稳定,不能快速、可靠地跟踪输入等缺点。以提高施工路面的平整度和压实的均匀度、密实度, 实现了操作和控制的智能化, 减轻了操作机手的劳动强度, 很好地满足高等级公路机械化施工的要求。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效,下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是摊铺机之发动机的特性曲线图;
图2是本发明之实施例的系统结构及原理图;
图3是本发明之实施例的模糊控制系统框图;
图4是本发明之实施例的系统主程序流程图;
图5是本发明之实施例的阶跃响应对比曲线图。
附图标识说明:
1、油箱                   2、滤油器
3、变量液压泵             4、电磁溢流阀
5、单向阀                 6、电液伺服阀
7、液压电机               8、速度传感器
9、智能控制器             91、模糊控制器
92、数据采集卡            93、D/A转换电路
94、放大电路
具体实施方式
请参照图2所示,其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构,所述摊铺机系统结构包括油箱1、滤油器2、变量液压泵3、电磁溢流阀4、单向阀5、电液伺服阀6、液压电机7、速度传感器8以及连接于速度传感器8与电液伺服阀6之间的智能控制器9。
摊铺机在作业过程中要求采用速度闭环控制系统,在转移非作业时采用开环控制系统。系统控制( 如速度、方向、恒速等) 由智能控制器9、速度传感器8和液压执行元件组成各个子系统来完成,可实现摊铺机行走速度的变化、前进、后退、转向、停止等控制。保持摊铺机在施工机、电机带动减速机及驱动链轮、驱动链轮驱动轨链及履带,使摊铺机实现实行恒速摊铺作业和物料质量不变。
摊铺机行走液压系统采用电液速度伺服系统,各部件的功能如下:
所述变量液压泵3作为系统的动力源,将发动机产生的动能转化为压力能,向液压系统提供压力油;变量液压泵3由电液伺服阀6控制变量。所述液压电机7是两挡变量电机,用来将液压能变为输出轴转动的机械能,产生行驶动作加于驱动链轮上,实现行驶驱动。所述电液伺服阀6是该控制系统的关键元件,在负载压差一定时,阀的输出流量与输入电流成正比,输入电流反向,输出流量亦反向;液压电机7的转速与转动方向由电液伺服阀6的输出流量大小和方向来决定。所述电磁溢流阀4是系统安全阀,用来保证出口压力恒定或限制系统压力的最大值;智能控制器9通过速度传感器8检测电机反馈信号,输入指令信号,并通过智能控制器9对信号进行分析、处理后,输出控制信号。
所述智能控制器9包括模糊控制器91、连接于模糊控制器91和速度传感器8之间的数据采集卡92、串联于智能控制器9与电液伺服阀6之间的D/A转换电路93和放大电路94。
该摊铺机行走系统液压系统的工作原理如下:
在摊铺机行走系统液压电机7输出轴上装有速度传感器8,液压电机7的输出转速通过速度传感器8检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡92送给智能控制器9,智能控制器9将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路94的输入端,然后放大电路94输出电流信号以驱动电液伺服阀6。通过调节电液伺服阀6的开口来控制进、出电机的流量,从而控制电机的转速。
当速度指令一定而摊铺机驱动轮以某个给定的旋转速度工作时,速度传感器8输出反馈电压信号为一定,则智能控制器9计算出偏差电压一定,通过电液伺服阀6控制使马达的流量一定,驱动电机的转速保持稳定;在工作过程中,如果负载、摩擦力、温度或其他原因引起速度变化时,速度传感器8输出反馈电压信号发生变化,则智能控制器9输出电流信号以驱动电液伺服阀6改变泵的排量,使其排量缩小或变大,进、出电机的流量发生变化,从而使电机输出转速向减小速度误差的方向变化,维持速度恒定。
本智能控制方案通过引入模糊控制规则,实现摊铺机行驶系统速度控制的智能化。
摊铺机液压行走系统的模糊控制模糊控制系统的核心是模糊控制器91,模糊控制器91主要包含三个功能环节: 其一是用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节;其二是模糊控制算法功能单元;其三是用于输出解模糊化的模糊判决环节。
模糊控制系统的方框图如图3 所示,图中s 为系统的设定值,y为系统输出,e和ec分别是速度偏差和速度偏差的微分信号,也就是模糊控制器91的输入,E、Ec为模糊化的偏差及偏差变化率、u为相应的模糊量。
在构建模糊控制器91的三个部分中,最为重要的部分是模糊控制算法的建立。而在模糊控制理论中最常用的模糊控制算法就是制定模糊规则表。模糊控制器91的模糊规则采用Mamdani 规则,如表1 所示,有49 条规则,2 个输入,即m=49,n=2。e、ec 分七档: 负大、负中、负小、零、正小、正中、正大,分别表示为NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB,其中心值分别取‑ 6、‑ 3、‑ 1、0、1、3、6,所有的宽度为2。
在选取控制量的过程中要注意防止超调,以系统的稳定性为出发点。如果令某一时刻系统采样得到的实际误差量为e,误差变化率为ec,由e 和上述的模糊控制语言规则R (模糊关系),根据推理的合成规则进行模糊决策得到模糊控制量u 为:
u=e*R
利用上述的合成规则,就可以得到系统在不同控制量下的隶属度:
同理,可分别求出控制量u2……u21,则控制量为模糊
集合u,表示为:
u=u1+u2+⋯⋯+u21
即可得如表1 所示的模糊控制总表。

图4为系统主程序流程图,开机时,系统初始化子程序,进而进行子程序的标定,然后系统自检子程序(摊铺子程序、行驶子程序、原地转向子程序、斜坡函数子程序、滤波子程序、模糊自整定PID算法子程序等)当检测到系统故障时,自动列出故障表,弹出显示窗口,经部分故障处理后发出报警信号。当检测到系统无故障时,进行A/D初始化、PWM初始化、捕获口初始化、按键扫描子程序初始化,最后等待执行模糊自整定PID算法。
在试验台上,对所设计的PLC控制系统进行了模拟试验,经过多次实验得到仿真结果如图5所示。从图5看出,采用模糊自整定PID调节之后,马达输出角速度的动态性能明显提高,其效果要优于传统PID调节。试验结果说明了系统设计的可行性,软件设计实现了摊铺机行驶系统的功能要求。
综上所述,本发明的设计重点在于,将智能控制技术应用到沥青混凝土摊铺机行驶液压系统中, 可以克服传统PID 控制的控制性能较差, 运行过程中产生超调、不稳定,不能快速、可靠地跟踪输入等缺点。以提高施工路面的平整度和压实的均匀度、密实度, 实现了操作和控制的智能化, 减轻了操作机手的劳动强度, 很好地满足高等级公路机械化施工的要求。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的技术范围作任何限制,故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

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1、10申请公布号CN103303124A43申请公布日20130918CN103303124ACN103303124A21申请号201310251239122申请日20130624B60K8/00200601B60K17/10200601B60R16/023200601E01C19/1220060171申请人广东惠利普路桥信息工程有限公司地址523000广东省中山市火炬开发区中山港大道70号第2栋厂房的首层72发明人李遵杰周爱明74专利代理机构东莞市众达专利商标事务所普通合伙44251代理人皮发泉54发明名称一种摊铺机行走智能控制系统及控制方法57摘要本发明公开一种摊铺机行走智能控制系统及控制方。

2、法,系统包括油箱、滤油器、变量液压泵、电磁溢流阀、单向阀、电液伺服阀、液压电机、速度传感器以及智能控制器;在沥青混凝土摊铺机行走系统液压电机输出轴上装速度传感器,液压电机的输出转速通过速度传感器检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡送给模糊控制器,模糊控制器将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路的输入端,然后放大电路输出电流信号以驱动电液伺服阀,通过调节电液伺服阀的开口来控制进、出液压电机的流量,从而控制液压电机的转速。51INTCL权利要求书2页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局12发。

3、明专利申请权利要求书2页说明书5页附图3页10申请公布号CN103303124ACN103303124A1/2页21一种摊铺机行走智能控制系统,其特征在于包括油箱、滤油器、变量液压泵、电磁溢流阀、单向阀、电液伺服阀、液压电机、速度传感器以及智能控制器;所述变量液压泵通过滤油器连接油箱,其作为系统的动力源,将发动机产生的动能转化为压力能,向液压系统提供压力油;该电磁溢流阀接在变量液压泵和单向阀之间,用来保证出口压力恒定或限制系统压力的最大值;该电液伺服阀通过单向阀连接变量液压泵,该由电液伺服阀控制变量液压泵变量的变量,在负载压差一定时,阀的输出流量与输入电流成正比,输入电流反向,输出流量亦反向;。

4、该液压电机连接电液伺服阀,液压电机的转速与转动方向由电液伺服阀的输出流量大小和方向来决定,用来将液压能变为输出轴转动的机械能,产生行驶动作加于驱动链轮上,实现行驶驱动;该智能控制器连接于速度传感器与电液伺服阀之间,通过速度传感器器检测液压电机反馈信号,输入指令信号,并通过智能控制器变量液压电机对信号进行分析、处理后,给电液伺服阀输出控制信号。2根据权利要求1所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于所述液压电机是两挡变量液压电机。3根据权利要求1所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于所述智能控制器包括模糊控制器、连接于模糊控制器和速度传感器之间的数据采集卡、串联于模糊控制器与电液伺服阀之间的D。

5、/A转换电路和放大电路;在沥青混凝土摊铺机行走系统液压电机输出轴上装速度传感器,液压电机的输出转速通过速度传感器检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡送给模糊控制器,模糊控制器将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路的输入端,然后放大电路输出电流信号以驱动电液伺服阀,通过调节电液伺服阀的开口来控制进、出液压电机的流量,从而控制液压电机的转速。4根据权利要求3所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于所述模糊控制器中设置模糊控制运算模块。5根据权利要求4所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于所述模糊控制运算。

6、模块包含三个功能环节,分别是用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节、模糊控制算法功能单元以及用于输出解模糊化的模糊判决环节。6根据权利要求5所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于所述模糊控制算法功能单元中,模糊控制算法的模糊规则采用MAMDANI规则。7根据权利要求3所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于所述模糊控制器中设置有报警模块,当系统出现故障时,自动发出报警信号。8根据权利要求3所述的摊铺机行走智能控制系统,其特征在于所述模糊控制器为PLC。9一种摊铺机行走智能控制系统的控制方法,其特征在于在沥青混凝土摊铺机行走系统液压电机输出轴上装速度传感器,液压电机的输出转速权利要求书CN10。

7、3303124A2/2页3通过速度传感器检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡送给模糊控制器,模糊控制器将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路的输入端,然后放大电路输出电流信号以驱动电液伺服阀,通过调节电液伺服阀的开口来控制进、出液压电机的流量,从而控制液压电机的转速;当速度指令一定而摊铺机驱动轮以某个给定的旋转速度工作时,速度传感器输出反馈电压信号为一定,则模糊控制器计算出偏差电压一定,通过电液伺服阀控制使马达的流量一定,驱动液压电机的转速保持稳定;在工作过程中,如果负载、摩擦力、温度或其他原因引起速。

8、度变化时,速度传感器输出反馈电压信号发生变化,则模糊控制器输出电流信号以驱动电液伺服阀改变泵的排量,使其排量缩小或变大,进、出液压电机的流量发生变化,从而使液压电机输出转速向减小速度误差的方向变化,维持速度恒定。权利要求书CN103303124A1/5页4一种摊铺机行走智能控制系统及控制方法技术领域0001本发明涉及自动控制领域技术,尤其是指一种摊铺机行走智能控制系统及控制方法。背景技术0002工程机械作为我国机械制造的一大产业,对机械工业技术进步发挥巨大的牵动作用。路面摊铺机作为一个国家工程机械技术水平的重要标志,受到发达国家的高度重视。在其基本功能和可靠性已完全得到满足的情况下,各国纷纷将。

9、现代控制技术运用到摊铺机上,从而实现操作和控制的智能化,减轻工人的劳动强度,实现技术的升级换代,有效增强工程机械产品的市场竞争力,有力推动经济建设的发展。0003在我国,智能路面摊铺机的开发处于起步阶段,一些进口的智能化摊铺机已开始在我国公路路面施工中得到应用,如ABGTITAN525、DYNAPACF30。用这些摊铺机施工的路面施工质量、可靠性均有较大提高,获得用户的认可。随着我国对路面施工质量要求的提高,国内对智能路面摊铺机的需求将越来越大。0004摊铺机的作业过程是当热料送入料斗后,操作者给出作为工作主命令的行驶指令,于是刮板输送器开始工作;热料送入摊铺料槽,再由螺旋输送器将其分送至两边。

10、;烫平板在振动、振捣器在运转的同时,在主机牵引作用下,经压实将热料形成摊铺层。0005在摊铺机功率匹配的理论研究中有两个假设一是摊铺机摊铺速度不变;二是物料供给量恒定不变。这两个假设是摊铺机理想的工作状态。在此理想状态下,摊铺机施工可获得较高的路面平整度指标,这也是摊铺机设计中不断追求的目标。实际工作过程中,当外负载增加时,系统工作压力增大,发动机扭矩上升,发动机转速下降见图1,输出流量下降从而马达转速下降,最终导致摊铺速度下降。泵、马达等液压件间摩擦配合间隙增大以及油温升高等因素,会导致闭式液压回路容积效率下降,导致摊铺速度的改变,影响摊铺质量。所以说,摊铺机恒速摊铺技术一直是摊铺机设计制造。

11、中的关键技术之一。发明内容0006有鉴于此,本发明针对现有技术存在之缺失,其主要目的是提供一种摊铺机行走智能控制系统,其能够有效控制摊铺机跑偏量,从而提高操作的舒适性,提高控制精度,改善路面的施工质量。0007为实现上述目的,本发明采用如下之技术方案一种摊铺机行走智能控制系统,包括油箱、滤油器、变量液压泵、电磁溢流阀、单向阀、电液伺服阀、液压电机、速度传感器以及智能控制器;所述变量液压泵通过滤油器连接油箱,其作为系统的动力源,将发动机产生的动能转化为压力能,向液压系统提供压力油;该电磁溢流阀接在变量液压泵和单向阀之间,用来保证出口压力恒定或限制系统压力的最大值;说明书CN103303124A2。

12、/5页5该电液伺服阀通过单向阀连接变量液压泵,该由电液伺服阀控制变量液压泵变量的变量,在负载压差一定时,阀的输出流量与输入电流成正比,输入电流反向,输出流量亦反向;该液压电机连接电液伺服阀,液压电机的转速与转动方向由电液伺服阀的输出流量大小和方向来决定,用来将液压能变为输出轴转动的机械能,产生行驶动作加于驱动链轮上,实现行驶驱动;该智能控制器连接于速度传感器与电液伺服阀之间,通过速度传感器器检测液压电机反馈信号,输入指令信号,并通过智能控制器变量液压电机对信号进行分析、处理后,给电液伺服阀输出控制信号。0008优选的,所述液压电机是两挡变量液压电机。0009优选的,所述智能控制器包括模糊控制器。

13、、连接于模糊控制器和速度传感器之间的数据采集卡、串联于模糊控制器与电液伺服阀之间的D/A转换电路和放大电路;在沥青混凝土摊铺机行走系统液压电机输出轴上装速度传感器,液压电机的输出转速通过速度传感器检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡送给模糊控制器,模糊控制器将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路的输入端,然后放大电路输出电流信号以驱动电液伺服阀,通过调节电液伺服阀的开口来控制进、出液压电机的流量,从而控制液压电机的转速。0010优选的,所述模糊控制器中设置模糊控制运算模块。0011优选的,所述模糊控制。

14、运算模块包含三个功能环节,分别是用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节、模糊控制算法功能单元以及用于输出解模糊化的模糊判决环节。0012优选的,所述模糊控制算法功能单元中,模糊控制算法的模糊规则采用MAMDANI规则。0013优选的,所述模糊控制器中设置有报警模块,当系统出现故障时,自动发出报警信号。0014优选的,所述模糊控制器为PLC。0015一种摊铺机行走智能控制系统的控制方法,在沥青混凝土摊铺机行走系统液压电机输出轴上装速度传感器,液压电机的输出转速通过速度传感器检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡送给模糊控制器,模糊控制器将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为。

15、变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路的输入端,然后放大电路输出电流信号以驱动电液伺服阀,通过调节电液伺服阀的开口来控制进、出液压电机的流量,从而控制液压电机的转速;当速度指令一定而摊铺机驱动轮以某个给定的旋转速度工作时,速度传感器输出反馈电压信号为一定,则模糊控制器计算出偏差电压一定,通过电液伺服阀控制使马达的流量一定,驱动液压电机的转速保持稳定;在工作过程中,如果负载、摩擦力、温度或其他原因引起速度变化时,速度传感器输出反馈电压信号发生变化,则模糊控制器输出电流信号以驱动电液伺服阀改变泵的排量,使其排量缩小或变大,进、出液压电机的流量发生变化,从而使液压电机。

16、输出转速向减小速度误差的方向变化,维持速度恒定。说明书CN103303124A3/5页60016本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果,具体而言,由上述技术方案可知,将智能控制技术应用到沥青混凝土摊铺机行驶液压系统中,可以克服传统PID控制的控制性能较差,运行过程中产生超调、不稳定,不能快速、可靠地跟踪输入等缺点。以提高施工路面的平整度和压实的均匀度、密实度,实现了操作和控制的智能化,减轻了操作机手的劳动强度,很好地满足高等级公路机械化施工的要求。0017为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效,下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。附图说明0018图1是摊铺机之发动机的特性曲线图。

17、;图2是本发明之实施例的系统结构及原理图;图3是本发明之实施例的模糊控制系统框图;图4是本发明之实施例的系统主程序流程图;图5是本发明之实施例的阶跃响应对比曲线图。0019附图标识说明1、油箱2、滤油器3、变量液压泵4、电磁溢流阀5、单向阀6、电液伺服阀7、液压电机8、速度传感器9、智能控制器91、模糊控制器92、数据采集卡93、D/A转换电路94、放大电路具体实施方式0020请参照图2所示,其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构,所述摊铺机系统结构包括油箱1、滤油器2、变量液压泵3、电磁溢流阀4、单向阀5、电液伺服阀6、液压电机7、速度传感器8以及连接于速度传感器8与电液伺服阀6之间的智能控。

18、制器9。0021摊铺机在作业过程中要求采用速度闭环控制系统,在转移非作业时采用开环控制系统。系统控制如速度、方向、恒速等由智能控制器9、速度传感器8和液压执行元件组成各个子系统来完成,可实现摊铺机行走速度的变化、前进、后退、转向、停止等控制。保持摊铺机在施工机、电机带动减速机及驱动链轮、驱动链轮驱动轨链及履带,使摊铺机实现实行恒速摊铺作业和物料质量不变。0022摊铺机行走液压系统采用电液速度伺服系统,各部件的功能如下所述变量液压泵3作为系统的动力源,将发动机产生的动能转化为压力能,向液压系统提供压力油;变量液压泵3由电液伺服阀6控制变量。所述液压电机7是两挡变量电机,用来将液压能变为输出轴转动。

19、的机械能,产生行驶动作加于驱动链轮上,实现行驶驱动。所述电液伺服阀6是该控制系统的关键元件,在负载压差一定时,阀的输出流量与输入电流成正比,输入电流反向,输出流量亦反向;液压电机7的转速与转动方向由电液伺服阀6的输出流量大小和方向来决定。所述电磁溢流阀4是系统安全阀,用来保证出口压力恒定或说明书CN103303124A4/5页7限制系统压力的最大值;智能控制器9通过速度传感器8检测电机反馈信号,输入指令信号,并通过智能控制器9对信号进行分析、处理后,输出控制信号。0023所述智能控制器9包括模糊控制器91、连接于模糊控制器91和速度传感器8之间的数据采集卡92、串联于智能控制器9与电液伺服阀6。

20、之间的D/A转换电路93和放大电路94。0024该摊铺机行走系统液压系统的工作原理如下在摊铺机行走系统液压电机7输出轴上装有速度传感器8,液压电机7的输出转速通过速度传感器8检测,并转换成反馈电压信号经数据采集卡92送给智能控制器9,智能控制器9将反馈速度信号与输入速度指令信号相比较,得出偏差电压信号作为变量控制机构的输入信号;输出相应的误差信号,经D/A转换后加在放大电路94的输入端,然后放大电路94输出电流信号以驱动电液伺服阀6。通过调节电液伺服阀6的开口来控制进、出电机的流量,从而控制电机的转速。0025当速度指令一定而摊铺机驱动轮以某个给定的旋转速度工作时,速度传感器8输出反馈电压信号。

21、为一定,则智能控制器9计算出偏差电压一定,通过电液伺服阀6控制使马达的流量一定,驱动电机的转速保持稳定;在工作过程中,如果负载、摩擦力、温度或其他原因引起速度变化时,速度传感器8输出反馈电压信号发生变化,则智能控制器9输出电流信号以驱动电液伺服阀6改变泵的排量,使其排量缩小或变大,进、出电机的流量发生变化,从而使电机输出转速向减小速度误差的方向变化,维持速度恒定。0026本智能控制方案通过引入模糊控制规则,实现摊铺机行驶系统速度控制的智能化。0027摊铺机液压行走系统的模糊控制模糊控制系统的核心是模糊控制器91,模糊控制器91主要包含三个功能环节其一是用于输入信号处理的模糊量化和模糊化环节;其。

22、二是模糊控制算法功能单元;其三是用于输出解模糊化的模糊判决环节。0028模糊控制系统的方框图如图3所示,图中S为系统的设定值,Y为系统输出,E和EC分别是速度偏差和速度偏差的微分信号,也就是模糊控制器91的输入,E、EC为模糊化的偏差及偏差变化率、U为相应的模糊量。0029在构建模糊控制器91的三个部分中,最为重要的部分是模糊控制算法的建立。而在模糊控制理论中最常用的模糊控制算法就是制定模糊规则表。模糊控制器91的模糊规则采用MAMDANI规则,如表1所示,有49条规则,2个输入,即M49,N2。E、EC分七档负大、负中、负小、零、正小、正中、正大,分别表示为NB、NM、NS、ZE、PS、PM。

23、、PB,其中心值分别取6、3、1、0、1、3、6,所有的宽度为2。0030在选取控制量的过程中要注意防止超调,以系统的稳定性为出发点。如果令某一时刻系统采样得到的实际误差量为E,误差变化率为EC,由E和上述的模糊控制语言规则R模糊关系,根据推理的合成规则进行模糊决策得到模糊控制量U为UER利用上述的合成规则,就可以得到系统在不同控制量下的隶属度同理,可分别求出控制量U2U21,则控制量为模糊集合U,表示为UU1U2U21说明书CN103303124A5/5页8即可得如表1所示的模糊控制总表。0031图4为系统主程序流程图,开机时,系统初始化子程序,进而进行子程序的标定,然后系统自检子程序(摊铺。

24、子程序、行驶子程序、原地转向子程序、斜坡函数子程序、滤波子程序、模糊自整定PID算法子程序等)当检测到系统故障时,自动列出故障表,弹出显示窗口,经部分故障处理后发出报警信号。当检测到系统无故障时,进行A/D初始化、PWM初始化、捕获口初始化、按键扫描子程序初始化,最后等待执行模糊自整定PID算法。0032在试验台上,对所设计的PLC控制系统进行了模拟试验,经过多次实验得到仿真结果如图5所示。从图5看出,采用模糊自整定PID调节之后,马达输出角速度的动态性能明显提高,其效果要优于传统PID调节。试验结果说明了系统设计的可行性,软件设计实现了摊铺机行驶系统的功能要求。0033综上所述,本发明的设计。

25、重点在于,将智能控制技术应用到沥青混凝土摊铺机行驶液压系统中,可以克服传统PID控制的控制性能较差,运行过程中产生超调、不稳定,不能快速、可靠地跟踪输入等缺点。以提高施工路面的平整度和压实的均匀度、密实度,实现了操作和控制的智能化,减轻了操作机手的劳动强度,很好地满足高等级公路机械化施工的要求。0034以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的技术范围作任何限制,故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。说明书CN103303124A1/3页9图1说明书附图CN103303124A2/3页10图2图3说明书附图CN103303124A103/3页11图4图5说明书附图CN103303124A11。

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