挖掘机智能控制应用

挖掘机智能控制应用

张风辉赵汉东胡樊

陆军勤务学院训练基地

摘要：挖掘机是许多领域中不可缺少的机械装置，一个国家生产和使用挖掘机的能力，在一定程度上可以说是一个国家建设能力的体现，同时也能够体现一个国家行业领域的发展水平。随着我国经济社会的快速发展，各个领域对于挖掘机的需求量在不断增大，特别是对于高效节能的机械装置尤其需要，所以，要求广大研究者和生产者不断创新产品，走出一条符合国情、社情的挖掘机特色之路，将智能控制系统应用于挖掘机是一个很好的选择，本文将围绕挖掘机智能控制应用展开论述。

关键词：挖掘机；智能控制；应用

挖掘机是目前应用非常广泛的一类工程机械，在工作时，它周边的环境往往较为恶劣，比如有粉尘、剧烈振动、噪声等等。如果在机器本身上应用智能控制，将会从不同角度来实现更好地作业效果，比如可以减轻操作手的劳动强度、从而提高劳动效率，精确作业、提高能源利用率，同时可以提高安全性能，可以说，智能控制在挖掘机上的使用，可以起到事半功倍的效果。

一、智能控制概念

控制理论发展到今天，大致经历了三个阶段，它是于20世纪初形成，在50年代到了比较成熟的，有代表的是以反馈和传递函数为基础的古典控制理论；在50、60年代发展起来的现代控制理论，有代表的是以状态空间分析为基础的控制理论；在60年代中后期，形成自动控制、运筹学、人工智能、信息论等多学科成果形成的较为先进的智能控制理论。这里需要说明的一点是，不论是古典控制还是现代控制理论在实际应用中都面临着一些问题，比如：传统的控制系统设计和分析建立在非常精确的系统数学模型基础上，而实际应用中，系统往往存在复杂性、时变性、非线性、不完全性和不确定性，所以无法获得精确的数学模型；在具体研究过程中，必须有一些较为严格假定条件，而很多假设在应用中往往与实际不符；对于一些复杂的并且是不确定性的因素，很难用传统数学模型来表示，所以也就无法建立相应的模型；如果单单从挖掘机功能考虑，对于智能控制的应用，会增加机械装置的前期投资和后期的维修维护费用，而且能降低系统的可靠性。所以说，智能控制是针对传统控制理论的缺点而面向复杂多样的控制任务和目的发展起来的，它是人工智能和自动控制的重要研究领域。

智能控制的技术方法主要包括模糊控制、神经网络控制、遗传算法控制、专家控制等，而在实际应用过程中，经常会将几种智能控制方法结合在一起，或者主要将传统控制与智能控制相结合。智能控制技术主要是用来解决那些在传统方法较难解决的复杂系统的控制问题，包括了航天航空控制系统、环保与能源系统、智能机器人系统等等。从目前的研究和发展情况看，智能控制已经广泛应用于包括工程机械在内的自然科学和社会科学的各个领域内。

二、挖掘机智能控制设计

智能控制系统包括了硬件和软件两个方面，硬件方面围绕检测、执行和控制三部分来设计控制，三者之间可以组成一个闭环系统；软件方面围绕实现功能的编程。

一是智能控制硬件设计。这里面包含了三个环节，即检测、执行和控制环节。检测环节主要是通过用电路板对电动机的转速、电压、电流、相位量进行检测并计算出来电机的负载情况，进而确定机械的效率和在工作过程中各个执行部件的动力学特性和机械性能；同时，需要对运动量进行检测，如钢丝绳的变化量、动臂和斗柄的角位移，这些检测数据与硬件设计是否合理是密切相关的；还有增量式、绝对式光码盘的应用等等。执行环节主要会涉及到PLC与电机配套变频器的控制，提升力和退压力的变化，还有如果通过电编码盘采集脉冲数量变化确定铲斗的位置等。控制环节包括了在上位机的人机界面的监测下，对系统进行强电控制，比如启停电机、抱闸控制、转向控制、变频器部分功能控制等。

二是智能控制软件设计。软件的设计需要选择编程操作简单的、方便输入的、程序修改灵活的，还需要具有琐存功能，通电时继续断电时刻的响应，另外，也需要抗干扰能力强，采用模块化结构，扩充、组合、安装方便灵活。基本单位，通常也被称作主机，包括CPU、存储器、电源、基本输入/输出点，它是一个完整的控制系统，可以单独完成一定的控制任务。扩展单元，是当主机I/O点数量不能满足控制系统的要求时，用户可以根据实际需要来扩展各种I/O模块，这里可以连接的扩展单元数量和实际能使用的I/O点数量是由多种因素共同决定的。特殊功能模块，当需要完成某些特殊功能的控制任务时，可以与主机相联以完成某种特殊的控制任务而特制的一种装置。相关设备，主要是为了充分和方便利用系统的硬件和软件资源而开发使用的一些设备，主要有人机操作界面、编程设备、网络设备等。工业软件，是为更好地管理和使用相关设备而引发的与之相配套的程序，它是由工程工具、运行软件、标准工具和人机接口软件等几个部分组成。具体的流程，主要是控制器通过控制指令，将其通过MPI电缆传递给PLC，继而PLC输出继电器的的状态发生相应的改变，一方面将控制信息通过继电器传递给变频器，使变频器根据接收到的控制信息对其四个电机进行控制，另一方面，将此控制信息通过继电器传递给接触器使电磁抱闸松开，进而使电机能够正常工作，来共同完成电动挖掘机的智能化的控制。

参考文献：

[1]张宏．智能控制技术在工程机械上的应用[J]．建筑机械化，2007（7）

[2]吕广明．工程机械智能化技术[M]，北京：中国电力出版社，2007

[3]仲跻峰，赵文锐．智能控制在典型工程机械上的应用[J]．中国科技信息，2008（8）