路面冷再生机喷洒自动控制系统研究.doc

路面冷再生机喷洒自动控制系统研究沥青路面冷再生施工过程中，混合料的含水量直接影响再生后路面结构层的质量。含水量过小，难以拌匀、压实混合料，影响结构层板体的形成；含水量过大则难以碾压成型，易形成路面大波浪，致使基层平整度降低，甚至导致结构层收缩开裂。因此，严格控制冷再生机的喷洒流量，确保混合料达到最佳含水量，对沥青路面的再生具有非常重要的意义。1、冷再生机构成及喷洒系统工作原理路面冷再生机结构复杂，主要由行走系统、转子系统、喷洒系统和自动找平系统等部分组成。施工过程中，冷再生机缓慢向前行驶，高速旋转的转子在喷洒系统和找平系统等部分的辅助下连续完成路面材料的铣拌、摊铺、压实成型等工作，从而使道路重新形成具有所需承载能力的结构层，实现破损路面的就地冷再生。喷洒系统是路面冷再生机的重要组成部分，主要由测控电路和变量液压油泵、定量液压马达、离心式水泵等部分构成。通过调节油泵的电控制阀开度可以控制定量液压马达的转速，进而控制水泵的加水量。冷再生机的加水量与车辆行驶速度、转子的铣拌深度和宽度、混合料的干密度和最佳含水量等参数成正比。设q为实际流量，为铣拌深度，为混合料干密度，m为最佳含水量，d为铣拌深度，v为行驶速度，可得冷再生机加水量公式如下：q=mdv(1)其中，、m是系统预设参数，是固定值，、m可以根据工况修改；q、d、v分别为流量、车速、深度的实时测量值。工作时，车速、深度经常小幅调整，为了保证混合料的最佳含水量，喷洒流量也应跟随调整。2、冷再生机喷洒测控电路设计测控电路是整个喷洒系统的核心，性能优异的测量与控制系统是路面冷再生质量和效率的保证，所以测控电路的设计非常关键。喷洒系统采用闭环控制，这样冷再生机就可以根据工况自动调节加水量。带有流量负反馈环节的喷洒系统构成如图1所示。喷洒测控电路主要由MCU、速度测量电路、深度测量电路、流量测量电路、PWM-DA输出和电源等部分组成。工作时，MCU根据车速、铣拌深度和预设参数计算出最佳供水量，并与当前流量进行比较，根据比较结果和控制规律调节PWM占空比进行流量控制，以保证路面冷再生所需最佳含水量。MCU采用增强型单片机STC12C5410AD作为处理器。STC12C5410AD是一个具有8051内核的单时钟周期单片机，指令代码与8051完全兼容，但执行的效率大大提升。主要性能如下：内置看门狗和EEROM，片内集成512字符RAM，4通道PWM/PCA，8路10位高精度A/D，高速SPI通讯接口，ISP在线编程等。STC12C5410AD具有超强抗干扰性能，能确保测控系统的可靠性与稳定性。2.1车速及流量检测在测控系统中，速度传感器采用萨澳丹佛斯90系列马达配套速度传感器，涡轮流量传感器采用天津华水仪表LWGB-80涡轮流量传感器，两者输出都是脉冲信号，且都可以采用12V直流电源供电。脉冲信号的检测通过单片机的可编程计数器阵列和定时器来实现，可有效满足系统实时性和精度要求。传感器与控制器之间采用光耦隔离，使干扰信号不会串入控制器，大大提高了系统的可靠性与稳定性。2.2铣拌深度检测直接测量转子的铣拌深度有一定困难，采用测量转子悬臂旋转角度有办法来测定铣拌深度。测量原理如图2所示，设转子悬臂长为l,二手汽车吊，当铣拌转子刚好处于底平面时，悬臂与竖直方向的夹角为；当铣拌转子处于路面某一深度工作时，悬臂与竖直方向的夹角为。则可得出深度计算公式：d=d1-d2=l(cos-cos)(2)由式(2)可知，只要得到角度变化大小就可以计算出铣拌转子相应的深度。角度可用角度传感器测量，角度传感器可以看作一个铠装的旋转电位器，电阻的阻值和角度的大小相互对应，测量电阻值就可测出相应的角度。角度传感器采用恒流源供电，输出信号经AD转换、光耦隔离送入控制器，实现铣拌深度的测量。2.3 PWM-DAC电路设计因所用MCU没有集成DAC，需要设计一个PWM到DAC的变换电路。从PWM到DAC输出的一般信号处理过程如图3所示。以上信号处理过程有多种具体实现方式，考虑到经济性、可靠性等因素，设计了如图4所示的硬件电路，将PWM变换为平稳的模拟信号输出。PWMl输出首先经过光耦TLP521进行信号隔离，再经过阻容滤波在A点得到直流分量，即MCU输出的调制PWM波在A点得到解调，实现了DAC功能。输出放大器采用常用芯片LM324，工作在电压跟随器方式。LM324输出电压经放大、变换，辅以必要的软件算法就可以调节电磁阀的开度，从而控制喷水流量的大小。2.4电源可靠性设计考虑到工程机械恶劣环境，设计了一种具有抗EMI和过压、过流保护功能的电源，用以增强系统的可靠性。如图5所示：自恢复保险丝PT1用于过流保护；双向击穿二极管DB4和压敏电阻RV1用于过压保护；磁珠B1和电容E2用于抑制高频脉冲信号干扰；D2为肖特基二极管1N5824；R49和C24为噪声阻容吸收元件，电容E3和C24进一步对电源进行滤波。若U1为电源模块LM2596-12，则电路实现车载直流24V至12V电源交换，为流量和测速传感器提供12V电源；若U1为电源模块LM2596-5，则电路能实现车载直流24V至5V电源变换，再经DC-DC隔离变换，为MCU提供电源，未经隔离变换的电源为外围电路提供工作电源。3、参数自适应模糊PID控制策略由于很难准确地建立冷再生机喷洒系统数学模型，为了提高路面冷再生机喷洒系统的控制精度和鲁棒性，在常规PID控制器有基础上，设计了一种具有模糊推理功能的PID控制器，对喷洒过程进行控制。其结构如图6所示。其中，s为指定喷洒量，e和ec分别是流量偏差和偏差变化率，模糊推理输出为PID控制器的参数Kp、Ki、Kd。PID参数的整定离不开现场工程师的丰富经验和理论知识，特别是有关对象时间常数的数量级有确定。从控制系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等方面考虑，PID参数在系统响应的不同阶段应该是不断变化的，即应该根据偏差及偏差变化率分别调整比例、积分、微分作用的强弱。深刻理解比例、积分、微分环节在系统响应过程的作用对冷再生机智能喷洒系统的设计具有非常重要的意义。比例环节能反应输出偏差的变化情况，但不能彻底消除系统偏差。当e较大时，为了加快系统的响应速度，应增强比例部分的控制作用，即Kp取较大值；当e变小时,叉车，为了防止干扰、抑制超调，提高系统稳定性，则应减弱比例部分的控制作用。积分环节主要用来消除系统的稳态偏差。当e较大时，为了避免积分超调，抑制振荡，则控制器应该取消或减弱积分作用，即Ki取0或较小值；当e变小时，为了消除系统的静态偏差，提高精度、减少调节时间，则应该增强积分作用。微分环节主要是针对被控过程的大惯性而引入的，它反映了输入信号的变化趋势，能改善系统的动态特性，减小超调量，抑制被调量振荡。当e较大时，为了加快系统的响应速度，则控制器应该取消或减弱微分作用，即Kd取0或较小值；当e中等大小时，因为系统误差变化率较大，系统响应对Kd的大小比较敏感，故Kd取较小值；当e较小时，系统处于微调阶段。为使系统具有较好的稳定性能，避免输出响应在设定值附近振荡，同时考虑系统的抗干扰性能，Kd的取值要适当：当偏差变化率ec较小时，Kd的可取值要大些；当偏差变化率ec较大时，Kd应取小些。根据上述原则建立模糊规则表，再经反模糊化后存入MCU的EEROM中，以备冷再生机根据运行状态进行PID参数查询,二手铲车。4、参数自适应模糊PID程序设计路面冷再生机的流量控制是通过调节PWM占空比来实现的，模糊PID的直接控制对象是PWM占空比。喷洒系统不断地根据偏差及其变化率调整PID参数，确定PWM占空比，从而更快、更精确地实现喷洒系统的自动控制。软件流程图如图7所示。参数自适应模糊PID控制器可以模拟人类思维，根据不同状况采取不同的应对措施，能改善控制过程的动态、静态性能，控制效果优于常规PID。另外，由于采用查表法确定PID参数，系统响应速度得以提高，大大缩短了调节时间。本文设计的冷再生机智能喷洒系统已成功应用于工程实践，现场运行状况表明其响应速度、控制精度和智能化程度都大大优于国内现有同类产品，有效地提高了道路冷再生的质量和效率，具有较高的应用价值和推广价值。相关的主题文章：浅析塔式起重机的质量管理与控制上海金泰集团公司是一家销售与回收二手工程机械企业，拥有全国二手机械行业唯一一家国家认定二手设备销售企业中心。经多期技改，已初步建立了健全质量体系一：装载机系列：30G装载机、50G装载机、320F装载机、420F装载机、520F装载机、50E徐工装载机,常林30二手装载机，柳工ZL30E二手装载机，厦工30二手装载机,厦工40二手装载机,厦工50二手装载机等等二：推土机系列：山推二手推土机,宣化二手推土机,移山二手推土机，东方红802,100,120推土机。上海120、140、220、320。宣化120、140、165、220。移山120、140、165、220。鞍山红旗150等三：汽车吊系列：二手起重机,型号有：5吨，8吨，12吨，16吨，20吨,25吨，50吨等。品牌有：徐工，浦沅，长江，蚌埠，泰安，加藤,湖北二手推土机市场，多田野等。型号齐全，货源充足四：挖掘机系列：产品主要有小松.日立.卡特.住友.神钢.大宇.现代等.国产有玉柴.山河智能.贵矿.型号有13，15，35，45，55，60，80，100，120，200，220等五：压路机系列：徐工12/15,15/18,18/21,21/