[发明专利]一种基于模糊PID复合控制的冷再生机喷洒控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷再生机喷洒控制技术领域，具体是一种基于模糊PID复合控制的路面冷再生机喷洒控制方法。

背景技术

我国公路主要以沥青道路为主，但由于长期以来，我国沥青道路的设计和施工标准较低，这使路面的养护工程和翻修工作量倍增，工程材料的需求量大大增加。同时大量废弃材料也给自然环境造成越来越大的影响。因此，沥青路面的再生利用被提到了议事日程上。沥青路面就地冷再生技术，使得旧路面的材料得到重新利用，可以有效解决资源浪费和环境污染等一系列问题，是一项符合可持续发展规律的有效措施。

路面冷再生技术是指充分利用旧路面材料，根据需要加入部分新骨料或细集料，然后喷洒适量的水、水泥浆、泡沫沥青或乳化沥青等，在自然环境温度下连续地完成材料的铣刨、破碎、添加、拌合、摊铺及压实成型，重新形成具有所需承载能力结构层的一种工艺方法。然而路面冷再生机就是一种能有效地实现路面再生工作的现代化公路养护机械。

冷再生机的核心是一个装有若干个硬质合金刀具的切削转子，转子旋转时向上切削现有旧路铺层材料，在转子切削材料的同时，来自再生机前面并由再生机推动前行的水罐车中的水，通过软管输送给再生机，并由机载系统喷洒进拌合罩壳内。喷水量由再生机的微机控制系统进行精确地计量，在拌合罩壳内与被切削下的材料进行充分均匀地混合以达到路面再生所需的最佳含水量。同时，其喷洒系统也可以加入乳化沥青或泡沫沥青等再生添加剂。

喷洒系统是冷再生机的重要组成部分，是路面冷再生的关键。喷洒控制系统的优劣直接决定了道路冷再生的效果和质量。传统的喷洒控制系统是通过PID控制器对系统进行控制，PID参数利用试探法整定，给定单位流速阶跃信号，在仿真时发现系统在输入值较大的情况下，系统响应的超调量较大，调整PID控制器参数，系统最终能够趋于稳定状态，且稳态误差较小。由于模糊控制是以模糊集合化、模糊语言变量及模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制，与常规的PID控制相比除了具有无需建立被控对象的数学模型外，还具有对被控对象的时滞性、非线性和时变性具有一定的适应能力等优点，同时对噪声也具有较强的抑制能力，即鲁棒性好。故模糊控制在控制偏差较大的情况下能够实现很好的控制效果。但模糊控制算法本身消除系统稳态误差的性能比较差，难以达到较高的控制精度。这是因为常规的模糊控制器以误差和误差的变化作为输入变量，可认为这种控制器仅具有模糊功能的比例—微分作用，而缺乏积分作用。因此，模糊控制系统拥有较佳的动态性能，但在稳态性能上却无法令人满意。在线性控制理论中，比例积分作用既能获得较高的稳态性能，又具有较快的动态响应。

目前，传统的路面冷再生机喷洒控制方法主要是依赖简单的阈值控制和单一的PID控制，控制精度差，施工效率低，严重影响施工质量和路面成型质量。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于模糊PID复合控制的冷再生机喷洒控制方法，实现对喷洒水量的精确控制，同时提高了稳定性。

本发明是以如下技术方案实现的：一种基于模糊PID复合控制的冷再生机喷洒控制方法，在路面冷再生机上安装一由切换判断模块、模糊控制器模块和PID控制器模块组成的模糊PID复合控制器；通过模糊控制器和PID控制器的复合控制对路面冷再生机喷洒系统中的喷水流量进行控制，具体步骤如下：

（1）系统根据冷再生机作业时的工作参数，确定出喷洒水的目标流量L₀；

（2）流量传感器测得喷洒水管路中的当前流量L，并计算出当前流量的偏差ΔL，即ΔL=L-L₀；

（3）复合控制器根据当前流量的偏差ΔL判断应该使用复合控制器中的模糊控制器还是PID控制器；如果使用PID控制器进入步骤（4）,如果使用模糊控制器进入步骤（5）；

（4）使用PID控制器模块时，直接将流量偏差ΔL输入到PID控制器中，利用PID调节器输出的电压控制量U来对整个系统的流量控制进行调节；

（5）使用模糊控制器时，需要将当前流量与目标流量的偏差ΔL和流量偏差的变化率                                                输入到模糊控制器中，在模糊控制器中对两个输入量进行模糊化，选择三角形隶属度函数，并基于大量经验数据建立规则库，最后经过模糊推理和去模糊化输出精确的电压控制量U；