水泥摊铺机
高雨凯++李勇
[摘 要]本文给出了水泥混凝土摊铺机自动找平控制系统各环节的数学模型，通过试凑法调节数字控制器中PID的参数使控制系统快速有效的控制摊铺机平稳工作，并利用MATLAB/Simulink语言对系统进行仿真，且绘制了仿真图形，为实际操作提供了依据。
[关键词]水泥摊铺机，仿真，PID
中图分类号：U415.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）19-0369-01
水泥混凝土摊铺机是在事先修筑有一定平整度的路基表层上摊铺上符合施工要求的水泥混凝土，再经过一些其他流程，如振实、抹平等，最终达到一定铺筑要求的工程施工设备。它在我国高等级公路的发展中起到了关键性的作用，是筑路工程机械的核心设备之一。
设计先进的自动找平控制系统是一项重要的课题，但是由于控制参数的多样性以及影响因素的复杂性，完成一种控制方案的确定和验证需要较长的时间，特别是对这种方案的实验或运行效果较难操作。利用计算机仿真技术，可以快速仿真摊铺机的自动找平过程，及时修改参数，从而大大缩短了设计周期，为选择更加完善的控制方案提供重要的理论参数。
自动找平控制系统有多种形式，也有许多控制方式和规律。本文采用计算机仿真的方法研究具有电液控制系统的自动找平控制系统，旨在探讨计算机仿真在自动找平控制系统中的应用。
1.自动找平控制系统
摊铺机自动找平系统分为横向和纵向控制系统，从控制原理上讲，两者并无本质区别，本文仅以纵向控制为例来探讨，但是整个分析过程也适用于横向控制。
整个水泥摊铺机控制系统组成如图1流程图所示。
W-检测点设定高程；E-误差信号；H-检测点实际高程；Z-铺层表面高程
如图1所示当摊铺机上传感器检测到偏差时，通过总线传给控制器，控制器经过分析、计算输出PWM信号，PWM信号经放大装置放大后驱动转向电磁阀断续开、关，然后油箱供油使立柱油缸上下运动来调整机架的状态，使摊铺工作达到摊铺要求。
2.数学模型的建立
1）传感器传递函数
纵坡高程传感器大多采用电位器形式，可认为是一个比例环节其传递函数为： （1）
2）电磁阀换向阀传递函数
电磁换向阀响应速度相对于电子器件来说响应速度慢，故可以把它看做一阶惯性环节，可将传递函数表达为下面的式子：
（2）
式中：-电磁阀换向阀流量增益，；
-电磁换向阀时间常数，；
根据液压系统知识得知其流量增益（）计算公式：
3）双作用液压油缸的传递函数
双作用液压缸的传递函数表达式如下：
（3）
式中：-速度常数，又称开关放大系数，；
-双作用液压缸的有效面积；
-液压缸的液压固有频率油缸，；
-液压缸的液压阻尼比；
-单个油缸所承受的自身质量和其支撑的一部分质量之和；
-等效容积的弹性模数；
-等效液压油缸容积。
4）机架传递函数
根据经验机架四分之一传递函数为：
（4）
3.仿真結果与分析
利用MATLAB-Simulink对系统进行仿真，由于这种语言简洁明了，运算迅速准确，可以通过不断改变各种控制参数来得到系统响应曲线，从而优化系统参数，本文运用增量式PID作为控制器算法对自动找平系统仿真，其在MATLAB中的数学模型如图2所示。
由图3，4可知数字PID仿真结果；1）系统单位阶跃响应最终无静差；通过使用数字PID控制器，其单位阶跃响应时间已缩短至9秒以下，系统的各动态性能指标有个更加明显的改善；3）图4（a）所示为纵坡数字PID跟踪曲线，其中紫色线为实际输出，黑色线为理想输出，其跟踪能力只有微弱的延时，误差很小，能够在较快时间能达到设定的控制量。
4.结论
（1）水泥摊铺机自动找平系统有较复杂的控制规律，本文对系统进行了适当的简化，同时也做了几个重要假设，它对仿真的结果定性分析影响不大。
（2）数字控制器使用使自动找平控制系统有更好的适应外界干扰的作用，而且MATLAB语言仿真显得比较简单、直观。
参考文献
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