曹 晨， 王 尼， 曹 瑞

（1.芝罘公路建設養(yǎng)護中心， 山東 煙臺 264000；2.山東省海洋儀器儀表科技中心有限公司， 山東 青島 266001）

0 引言

壓路機是道路建設中常用的設備之一，用于壓實土壤、瀝青和混凝土等路面材料，以提高路面的穩(wěn)定性和承載能力。隨著科技的進步和工程要求的提高，壓路機的性能和控制需求也在不斷提升。在傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)中，液壓控制單元獨立布置，控制策略相對簡單，已經(jīng)無法滿足高效、精確的壓路操作要求。對壓路機集成式液壓系統(tǒng)控制策略的研究，成為提高壓路機工作效率和壓實質(zhì)量的重要途徑[1]。

1 壓路機集成式液壓控制系統(tǒng)組成

1.1 壓路機集成式液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

壓路機集成式液壓系統(tǒng)是一種以液壓為動力源，集成電氣、操作、傳感、液壓元件等多種功能于一體的液壓控制系統(tǒng)（見圖1）。

圖1 壓路機集成式液壓控制系統(tǒng)框架

壓路機集成式液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括液壓傳動系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、油箱、散熱器等部分。其中液壓傳動系統(tǒng)是整個集成式液壓系統(tǒng)的核心部分，通過控制各種液壓元件的工作狀態(tài)來實現(xiàn)壓路機的運動控制[2-3]。

1.2 壓路機集成式液壓系統(tǒng)的工作原理

壓路機集成式液壓系統(tǒng)的工作原理是利用高壓油液驅(qū)動液壓缸或液壓馬達，實現(xiàn)壓路機的運動控制。在實際工作中，當操作手動控制液壓閥門使液壓泵輸出高壓油液進入液壓缸或液壓馬達時，就可以實現(xiàn)對壓路機的加壓、振動、轉(zhuǎn)向、行進等功能的控制[4]。

1.3 壓路機集成式液壓系統(tǒng)的特點

壓路機集成式液壓控制系統(tǒng)的特點主要包括結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、使用壽命長、維護方便等。相比于傳統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)，集成式液壓控制系統(tǒng)具有占用空間小、重量輕、功率大、工作效率高等優(yōu)點，同時由于其結(jié)構(gòu)緊湊，維護起來也相對簡單方便，使用壽命長，因此在壓路機中得到了廣泛應用。

2 壓路機集成式液壓控制系統(tǒng)技術(shù)難點

2.1 集成式設計方案的制定

壓路機集成式液壓控制系統(tǒng)的設計方案涉及如何合理地將各個液壓元件進行集成，確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、功能完備，并滿足特定的工作需求。在制定設計方案時，需要考慮液壓元件的布局、管路的連接方式、集成模塊的選擇以及系統(tǒng)的可擴展性等因素，以實現(xiàn)高效、可靠和可維護的集成式液壓控制系統(tǒng)[5]。

2.2 高效低能耗的液壓傳動技術(shù)

在設計液壓傳動技術(shù)時，需要考慮如何減少能量損失、提高液壓系統(tǒng)的效率，并確保所需的動力和控制能力得到有效傳遞。液壓泵、閥門和缸的選型，液壓流體的特性以及控制策略的優(yōu)化都是實現(xiàn)高效低能耗液壓傳動技術(shù)的關(guān)鍵因素。

2.3 復雜環(huán)境下的穩(wěn)定性和安全性問題

在壓路機的工作環(huán)境中，存在復雜的振動、沖擊和惡劣氣候等因素，對集成式液壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性提出了挑戰(zhàn)。液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指在各種工況下系統(tǒng)的動態(tài)響應和穩(wěn)定性能，而安全性則涉及系統(tǒng)的故障檢測和保護機制。因此，如何設計合適的減震措施、優(yōu)化系統(tǒng)的動態(tài)性能以及提供可靠的故障檢測和保護裝置，都是解決復雜環(huán)境下穩(wěn)定性和安全性問題的關(guān)鍵技術(shù)難點。

3 壓路機集成式液壓控制系統(tǒng)控制策略

3.1 壓路機液壓系統(tǒng)控制策略的功能需求分析

在壓路機液壓系統(tǒng)的控制策略設計中，需要進行功能需求分析，明確系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能和性能要求。這包括壓路機運動的控制、壓實質(zhì)量的調(diào)節(jié)、驅(qū)動力的控制、動態(tài)響應特性等方面的需求。通過分析功能需求，可以指導后續(xù)的控制策略設計和參數(shù)設置。設計壓路機液壓系統(tǒng)的控制策略時，需要進行功能需求分析，明確系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能和性能要求[6-7]。

1）壓路機運動控制：控制策略需要能夠?qū)崿F(xiàn)壓路機的前進、后退、轉(zhuǎn)彎等基本運動控制，以適應不同工況下的作業(yè)需求。

2）壓實質(zhì)量調(diào)節(jié)：系統(tǒng)應具備調(diào)節(jié)壓路機的壓實質(zhì)量的能力，通過控制液壓系統(tǒng)的工作參數(shù)，實現(xiàn)對壓路機壓實力的調(diào)節(jié)和控制。

3）驅(qū)動力控制：液壓系統(tǒng)控制策略需要能夠?qū)崿F(xiàn)對壓路機驅(qū)動力的精確控制，以適應不同地面材料的特性和作業(yè)要求。

4）動態(tài)響應特性：控制策略應具備快速響應和良好的動態(tài)特性，以實現(xiàn)對壓路機運動和壓實過程的實時控制與調(diào)節(jié)。

5）能耗優(yōu)化：控制策略應考慮降低能耗的優(yōu)化目標，通過合理的控制方式和參數(shù)設置，提高液壓系統(tǒng)的能源利用效率，降低能耗。

6）系統(tǒng)安全性：控制策略需要考慮壓路機在復雜環(huán)境下的穩(wěn)定性和安全性問題，通過控制算法和安全保護機制，保障系統(tǒng)的安全運行。

3.2 壓路機液壓系統(tǒng)控制策略分類及特點

3.2.1 開環(huán)控制策略

開環(huán)控制策略是一種控制系統(tǒng)的策略，其中控制指令是基于預先設定的輸入信號，而無須實時的反饋或修正。在壓路機液壓系統(tǒng)中，開環(huán)控制策略通過設置預定的輸入信號，直接控制液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)和輸出。這種控制策略的特點是簡單直接，適用于相對簡單的工作場景，對系統(tǒng)的實時響應能力較弱。

在壓路機液壓系統(tǒng)中采用開環(huán)控制策略，操作人員根據(jù)工作需求設定控制參數(shù)，例如設定壓路機的運動速度、轉(zhuǎn)向角度等?？刂浦噶畋恢苯影l(fā)送給液壓系統(tǒng)的執(zhí)行元件，驅(qū)動壓路機實現(xiàn)相應的運動。開環(huán)控制策略不考慮實際輸出與期望輸出之間的誤差，也不對系統(tǒng)進行實時調(diào)整和修正。

盡管開環(huán)控制策略在某些簡單場景下仍然具有應用價值，但在更復雜和精確的控制要求下，通常需要采用閉環(huán)控制策略。閉環(huán)控制策略通過引入實時的反饋機制和誤差校正，能夠提高控制精度和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此，在選擇控制策略時，需要根據(jù)具體的壓路機液壓系統(tǒng)要求和工作場景來綜合考慮，并根據(jù)實際情況進行選擇。

3.2.2 閉環(huán)控制策略

閉環(huán)控制策略是一種控制系統(tǒng)的策略，其中控制指令是基于實時的反饋信號和誤差校正的結(jié)果。在壓路機液壓系統(tǒng)中，閉環(huán)控制策略通過實時監(jiān)測液壓系統(tǒng)的輸出狀態(tài)和反饋信號，與預期的輸出進行比較，并根據(jù)比較結(jié)果進行誤差修正，以實現(xiàn)更精確的控制。

閉環(huán)控制策略的特點是具有較強的適應性和魯棒性，能夠?qū)崟r響應外部變化和干擾，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。在壓路機液壓系統(tǒng)中，閉環(huán)控制策略可以應用于多個方面，如壓實質(zhì)量調(diào)節(jié)、驅(qū)動力控制和動態(tài)響應特性的優(yōu)化。

通過閉環(huán)控制策略，系統(tǒng)可以實時獲取液壓系統(tǒng)的輸出狀態(tài)，例如壓路機的壓實力、運動速度等，并將其與預期的目標進行比較。如果存在誤差，控制系統(tǒng)會對液壓系統(tǒng)進行相應的調(diào)整和修正，以減小誤差并接近期望輸出。這種實時反饋和修正的機制使閉環(huán)控制策略能夠適應不同工況和外部環(huán)境的變化，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。

閉環(huán)控制策略常用于要求較高的控制場景，如壓路機的壓實質(zhì)量調(diào)節(jié)，其通過實時監(jiān)測地面壓力反饋信號，并根據(jù)誤差進行液壓系統(tǒng)的控制，以達到所需的壓實質(zhì)量。此外，閉環(huán)控制策略還可以用于驅(qū)動力控制，通過實時測量壓路機的阻力和地面材料特性，對液壓系統(tǒng)進行控制，使驅(qū)動力保持在所需的范圍內(nèi)。閉環(huán)控制策略還可以優(yōu)化壓路機的動態(tài)響應特性，通過實時監(jiān)測液壓系統(tǒng)的輸出狀態(tài)和動態(tài)變化，及時調(diào)整控制參數(shù)，以實現(xiàn)對壓路機運動過程的精確控制。

3.3 基于CAN 總線的壓路機液壓系統(tǒng)控制策略

3.3.1 CAN 總線技術(shù)

CAN（Controller Area Network）總線技術(shù)是一種用于實時控制和通信的串行通信協(xié)議。它具有高可靠性、抗干擾能力強和支持多節(jié)點等特點，廣泛應用于汽車電子系統(tǒng)和工業(yè)自動化領域。在壓路機液壓系統(tǒng)中，CAN 總線技術(shù)可以實現(xiàn)液壓系統(tǒng)各個組件之間的實時數(shù)據(jù)傳輸和通信，以及集成控制和監(jiān)測，如圖2所示。

圖2 基于CAN 總線的壓路機液壓控制系統(tǒng)流程

3.3.2 壓路機液壓系統(tǒng)控制策略基于CAN 總線的實現(xiàn)

通過系統(tǒng)設計和硬件配置、控制算法選擇及應用以及集成化功能優(yōu)化，可以實現(xiàn)基于CAN 總線的壓路機液壓系統(tǒng)控制策略的高效、穩(wěn)定和可靠運行。需要根據(jù)具體的應用需求進行定制化設計，并充分考慮壓路機的特殊工作環(huán)境和要求。

3.3.2.1 系統(tǒng)設計和硬件配置

系統(tǒng)設計：首先需要進行詳細的系統(tǒng)設計，包括確定系統(tǒng)的功能需求、通信協(xié)議、節(jié)點數(shù)量和布局等?？紤]到壓路機液壓系統(tǒng)的復雜性，可能需要將系統(tǒng)劃分為多個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)包含特定的功能模塊。

硬件配置：根據(jù)系統(tǒng)設計，選擇適合的CAN 總線硬件設備，包括CAN 控制器、CAN 收發(fā)器、傳感器、執(zhí)行器等。確保硬件設備之間的兼容性和穩(wěn)定性。

總線布線：進行合適的總線布線，包括選擇適當?shù)目偩€電纜、連接器和終端電阻?？紤]到壓路機的振動和惡劣環(huán)境條件，總線布線需要具備抗干擾和耐久性。

3.3.2.2 控制算法選擇及應用

根據(jù)壓路機液壓系統(tǒng)的特點和控制需求，選擇適當?shù)目刂扑惴?。常見的算法包括PID 控制、模糊控制、自適應控制等。根據(jù)實際情況，可以選擇單個算法或者結(jié)合多個算法進行綜合控制。

根據(jù)選定的算法，設計控制策略并將其應用于液壓系統(tǒng)控制中。包括確定控制參數(shù)、設定控制規(guī)則和邏輯，并將其轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的代碼或算法模塊。

3.3.2.3 集成化功能優(yōu)化

針對壓路機液壓系統(tǒng)的特點和性能要求，進行集成化功能的優(yōu)化設計。例如，引入狀態(tài)監(jiān)測和故障監(jiān)測模塊，實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)并及時處理異常情況，以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。優(yōu)化數(shù)據(jù)通信和傳輸效率，確?？刂浦噶詈头答佇盘栐贑AN 總線上的穩(wěn)定和高效傳輸。可以采用優(yōu)化的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)傳輸機制，減少通信時延和數(shù)據(jù)丟失的可能性。

進行集成化的用戶界面設計，提供直觀、易用的人機交互界面，使操作人員能夠方便地監(jiān)控和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的工作狀態(tài)。這可以包括顯示實時數(shù)據(jù)、報警信息、操作參數(shù)設置等功能。

4 結(jié)論

通過對壓路機集成式液壓系統(tǒng)的控制策略進行研究和探索，取得了一定的成果和進展。通過系統(tǒng)設計和硬件配置的優(yōu)化，以及控制算法的選擇和應用，成功實現(xiàn)了基于CAN 總線的壓路機液壓系統(tǒng)控制策略的高效、穩(wěn)定和可靠運行。同時通過集成化功能的優(yōu)化，拓展了液壓系統(tǒng)的應用范圍和性能，將來可以進一步深入研究，探索更多的創(chuàng)新和應用，為壓路機液壓系統(tǒng)的發(fā)展作出更大的貢獻。