沥青混凝土摊铺机行走系统恒速控制算法研究详解.doc

沥青混凝土摊铺机行走系统恒速控制算法研究 刘辉 （西南交通大学 电气工程学院，四川 成都 610031） 摘　要：对沥青混凝土履带式摊铺机行驶系统恒速控制进行了研究，提出了将PID控制和模糊控制相结合并引入左、右速度关联的行驶系统控制算法。利用MAT LAB/Simulink仿真软件对整个行驶系统的数学模型进行了仿真分析，证明了模糊自整定PID 控制效果要优于传统PID 控制。 关键词：履带式摊铺机；PID控制；模糊自适应PID控制；仿真 Constant velocity study over travelling system of asphalt paver Abstract：This paper probed into the digital controller applied to the t raveling system of the asphalt paver, and studied the constant-velocity technology. The PID、fuzzy control、left and right velocity correlation are integrated into the design of the system control algorithm. The complete mathematical model for whole drive system was set up, the simulation and analysis by MATLAB/Simulink software were carried out, which proves that fuzzy-adjustable-PID control is superior to traditional PID control. Keywords：asphalt paver; PID control; fuzzy-adjustable-PID control; simulation 1．前言 随着我国公路建设事业的高速发展，工程建设对施工设备的质量有了更高的要求。在同等的施工工艺和施工技术条件下，摊铺设备的好坏将直接影响路面的最终质量，因此，对摊铺机的各项要求就越来越高了，如基本摊铺宽度和最大摊铺宽度允许误差±0.2%，最高摊铺速度（无级调速）、各挡摊铺速度（有级调速）允许误差±2%，履带式沥青混凝土摊铺机直线行走的跑偏量不得大于直线测量距离的2%等等。由于摊铺机是边走边作业的施工机械，其行驶速度稳定性和行驶的直线性对摊铺路面的平整度、初始密实度、离析程度有着很大的影响，因而行走控制系统的性能是影响摊铺机作业性能的重要因素，在很大程度上决定着摊铺质量的好坏。因此，对摊铺机行走控制系统的研究就尤为重要了。 目前摊铺机行驶驱动系统控制的方法主要采用PID控制。PID控制由于算法简单，鲁棒性好，可靠性高，不依赖被控对象的精确数学模型，在许多控制系统中得到了广泛的应用。由于液压伺服系统多为非线性、时变的复杂系统，其参数变化较大，难以精确建模，PID参数整定困难。如果单纯采用固定参数的常规PID控制就不能满足在不同偏差下系统对PID参数自整定的要求，控制器对运行工况的适应性差，从而影响其控制效果进一步提高（如直线度难以满足国标要求，摊铺过程中恒速性能差等），目前能够将恒速波动控制在±1%之间，很难进一步提高恒速稳定性。而模糊控制不依赖于被控制对象精确的数学模型，动态性能好、受系统参数变化的影响小，但稳态精度不高。本文采用模糊控制、PID控制相结合的方法，构成模糊自适应PID控制器，应用于新筑公司MT12000型摊铺机行驶系统的恒速控制中，既有模糊控制灵活、适应性强的优点，又有PID控制精度高的特点，达到了很好的控制效果，提高了恒速控制精度。 2．摊铺机行走控制系统 图1 摊铺机行走系统控制原理图 现代履带式沥青混凝土摊铺机普遍采用双泵-双马达系统，液压系统左右两侧为独立的行驶驱动液压回路。通过对左右两侧独立的泵和液压马达进行控制，实现摊铺机的前进/后退、左右转向及原地转向等动作控制，实现无级变速，达到恒速控制的目的。图1所示为摊铺机行走系统的控制框图，控制控制器的核心是控制变量泵比例电磁阀Y1、Y2、Y3、Y4，通过PWM调节比例电磁阀Y1、Y2、Y3、Y4的电流控制泵的排量实现控制左右履带的行驶速度。控制上述4个比例电磁阀不同的组合方式，可以实现摊铺机的前进、后退及转向动作。通过马达换向阀控制Y5、Y6进行马达高低速转换，实现摊铺机行走/摊铺两种工作模式。 图1中Rs、Rh、Rt分别为最大行驶速度电位器、驱动手柄电位器和转向电位器。Kt为原地转向按钮，Ks为紧急制动按钮，Kp为行走/摊铺二位开关，