基于參數自整定的瀝青灑布量控制

陳中孝，陳星雨，李艷芳

（1.西安工業大學 陜西 西安 710032；2.西安交通大學 陜西 西安 710049）

在公路、城市道路、機場和港口碼頭建設中廣泛使用瀝青路面，瀝青灑布車在其施工和保養中起著很重要的作用。瀝青灑布車在各個方面已經做了很大改進，如采用導熱油加熱、灑布桿折疊或伸縮改變灑布寬度、灑布量連續可調、噴灑高度自動調節、自動調整噴灑壓力等[1]，同時也向著智能化方向發展。瀝青灑布車是邊行走邊施工的機械，灑布量是最重要的指標，影響的因素較多，灑布量又無法實時測量。所以設計簡單、可靠、穩定的智能瀝青撒布控系統尤為重要。

1 瀝青灑布控制原理

瀝青灑布車的循環管路如圖1所示，本系統采用的瀝青泵是定量泵，流量、轉速都是固定的。用1#氣動閥控制瀝青流出的壓力，1#壓力變送器監測瀝青流出壓力；2#氣動閥粗調系統的噴灑壓力；電動閥在噴灑時調節噴灑壓力，用2#壓力變送器監測噴灑壓力。

圖1 瀝青管路示意圖Fig.1 Schematic drawing of asphalt pipeline

1.1 噴嘴壓力計算

針對上述循環管路，則有：

灑布管噴出的瀝青量為Nq=Q-Q′=λνB

式中：Q—從罐流出瀝青量（L/s），Q′—回流到罐中瀝青量（L/s），N—噴嘴的個數，q—單個噴嘴的流量（L/s），λ—設定的灑布量（L/m2），ν—車速（m/s），B—灑布寬度（m）。

噴嘴處壓力的修正公式[1]為

式中：P—噴嘴處的壓力 （BAR），b—噴嘴間距（m），P0—參考壓力（BAR），q0—參考壓力下的噴嘴流量（BAR）。

1.2 灑布量控制原理

首先實際的噴灑量是無法比較準確地測量，所以可以借助噴嘴處壓力修正公式，對噴灑壓力進行閉環控制，實現噴灑量的調節和控制，公式中的λ為設定的灑布量，噴嘴間距b為常數，車速v可以測得。其次影響灑布質量的因素較多，除了修正公式所含的參數外，還有灑布桿的高度、搭接層數、瀝青的黏度、罐內瀝青料的量、環境溫度等[2-6]，但可以根據要求的噴灑量依據經驗設定灑布桿高度和搭接層數為固定值，結合瀝青的黏度、罐內瀝青料的數量、環境溫度選取適宜的PO、QO值并設定噴灑量，即把復雜問題簡單化，噴灑時主要控制電動調節閥實現噴灑壓力的恒定控制。

2 參數自整定算法

因為影響灑布質量的因素較多，必須保證噴嘴處穩定的壓力，僅憑實際經驗和現場測試數據建立的控制規則表是很難達到滿意的效果，故在基本模糊控制的基礎上，依據比例因子對控制性能的影響再調整比例因子的大小，相當于在模糊控制算法內部引入一個軟反饋，在出現擾動或被控對象特性變化時使得系統達到滿意的效果，即實現參數自整定模糊控制，其結構如圖2所示。

圖2 參數自整定模糊控制框圖Fig.2 Diagram of parameter self-setting fuzzy control

2.1 比例因子與系統性能的關系

對上述結構圖，比例因子Ke和Kec是比例作用和微分作用的系數，Ku是總的放大倍數，通過理論分析和實踐數據已經證明[3]：

1）Ke對系統性能的影響 Ke越大系統上升速率越快，調節惰性越小；Ke過大系統超調量大，調節時間長，乃至振蕩或不穩定；Ke過小系統上升速率慢，調節惰性大，穩態精度降低。

2）Kec對系統性能的影響 Kec越大系統穩定性越好；Kec過大系統上上速率小，調節時間長；Kec過小系統上升速率大，超調量大，乃至振蕩或不穩定。

3）Ku對系統性能的影響 Ku越大系統響應速度快；Ku過大系統超調量大，乃至振蕩或不穩定；Ku過小系統快速性差，穩態精度差。

2.2 參數自整定算法

1）整定原則 首先既要保證系統的穩態精度，又必須確定壓力允許的最大穩態誤差，并根據壓力允許的最大穩態誤差選取足夠大的Ke[4]。其次根據以上關系確定比例因子整定規則表的原則，以此來建立和修改整定規則表[3]。原則如下：存在穩態誤差時，根據其穩態誤差和要求的標準偏差大小適當增大Ku，較小幅度增加Kec；過渡過程時間較長時，較小幅度減小Kec；超調量過大時，根據其大小適當增大Kec；盡可能降低整定參數的頻繁次數。

2）整定規則表 首先給出 e、ec的定義論域：{-3，-2，-1，0，1， 2，3，} 和調整量 Ke、Kec、Ku的定義論域：{-3，-2， -1，0，1， 2，3，}， 為了降低整定頻率和整定規則的簡單化，一般定義論域中的元素較少。其次依據整定原則，建立如表1、表2、表3的整定規則表（實際現場調試中已修改）。

表1 整定規則表Tab.1 KeSetting rule table

表2 整定規則表Tab.2 Setting rule table

表2 整定規則表Tab.2 Setting rule table

?

表3 整定規則表Tab.3 KuSetting rule table

3 結束語

本系統采用AT89C52單片機為核心處理器[4]，考慮到瀝青的特點，主要管路和控制閥按照比標定流量大一個規格選取，經現場調試，系統的穩態誤差、超調量、過渡過程時間等參數達到滿意的效果，灑布質量滿足了實際施工要求。

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