一种同步碎石封层车沥青碎石撒布智能控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种同步碎石封层车沥青碎石撒布智能控制方法及装置，属于同步碎 石封层车控制系统技术领域。
【背景技术】
[0002] 传统的同步碎石封层车大多采用手动调节的方式对泵速、滚筒转速、送料转速以 及料门大小进行控制，极少数洒布车的沥青撒布采用传统的PID进行调节，对碎石则是全 凭经验没有任何调节，换言之，极少数采用常规PID控制法在对撒布系统进行控制，即PID 控制法针对碎石和沥青撒布控制还没得到广泛应用。
[0003] 目前，常规的PID控制系统都是由被控对象和传统PID控制器组成，其中，如图7 中传统PID控制系统原理图所示，PID控制器是一种基于比例积分微分控制的线性控制器， 通过偏差对系统的被控对象进行控制；它的偏差信号e(t)是系统的给定输入值x(t)与实 际输出值y (t)之间的差值，S卩：e (t) = X (t)-y (t)。其中，PID控制规律为：控制量是由偏差 的比例、积分和微分经线性组合而得到，并用于控制被控对象；即PID控制器的输出量u(t) 为：
【主权项】
1. 一种同步碎石封层车渐青碎石撒布智能控制方法，其特征在于，渐青碎石撒布控制 方法首先采用W超声波传感器、压力传感器、转速传感器、红外传感器为主的感知系统来检 测周围环境信息，并将检测的信息通过数据层、特征层、决策层分析确定最终执行数据，按 照各自的信息权重调节进行数据分析；其次，将BP神经网络算法引入到常规PID控制器中， 通过对传感器检测的石料量、滚筒转速、传输带转速、累排量、累转速、喷洒梁渐青压力等多 参数组成信息神经网络，利用神经网络的自学习能力和逼近任意函数的能力，实现在线调 整PID的控制参数，使神经网络的输出对应于某种最优控制规律下的PID控制参数，并将其 作为常规PID控制器的输入控制渐青和碎石的洒布量。
2. 根据权利要求1所述的一种同步碎石封层车渐青碎石撒布智能控制方法，其特征在 于，所述BP神经网络算法是基于误差反向传播原理的BP神经网络算法，通过对权值误差的 修正，使神经网络最终的实际输出值与目标期望值尽可能接近，其过程主要包括两个阶段： 信息正向传播阶段和误差反向传播阶段；当信息处在正向传播阶段时，渐青累信息、渐青压 力信息、滚筒转速信息、石料输送信息等数据进入输入层向前传播到隐含层节点上，并经各 神经单元处理之后计算出每个神经元节点的实际输出，当输出层实际输出值与期望输出值 之间有误差时，则转入误差反向传播阶段；在误差反向传播阶段，误差信号沿正向传播的线 路返回，最终传递到输入层，并将误差信息分配给各层神经元，从而根据各层的误差信息来 修正各神经元的权值；该两个阶段是往复进行的，直至将误差信号降到系统允许的范围之 内。
3. 根据权利要求2所述的一种同步碎石封层车渐青碎石撒布智能控制方法，其特征在 于，所述BP神经网络结构采用S层；输入层、隐含层和输出层，所述输入层有m个节点，m为 输入变量的个数，由被控对象的复杂程度决定；所述隐含层有q个节点；所述输出层有=个 节点，=个输出量分别对应着=个PID控制参数Kp、Ki、Kd，通过前向传播算法和反向传播算 法计算参数值，具体算法如下： 1)前向传播算法： 神经网络输入层的输出为；巧|> =乃./)，./=1，2'"％ 神经网络隐含层的输入输出为：
式中wf为隐含层的加权系数，f( ?)为激发函数； 隐含层神经元的活化函数取正负对称的Sigmoid函数：
神经网络输出层的输入输出为：
7 其中，wf为输出层加权系数，g[，]为激活函数，输出层的=个输出节点分别是 ?1〇控制器的^个可调参数1(。、町、町，由于该^个参数只能为正值，所^神经元输出层 的活化函数取非负Sigmoid函数：
性能指标函数为：
2)反向传播算法： 神经网络的权系数根据梯度下降法的原则进行修正，即按照E(k)对权系数的负梯度 方向进行捜索调整，并附加一个使捜索快速收敛全局极小的惯性项：
其中，n为网路的学习速率，a为惯性系数； 7
由于是未知的，所W用近似的符号函数来取代，通过调整 学习速率n来补偿由此产生的误差；
由此可得神经网络输出层的权系数：
同理可得隐含层网络权系数：
确定BP神经网络的结构，即首先确定神经网络各层节点的数目，如；输入层节点m、隐 含层节点q，并给权系数赋初始值和。选取学习速率n和惯性系数a,取k = 1〇
4. 一种同步碎石封层车渐青碎石撒布智能控制装置，其特征在于，包括微控制器、电源 模块、驱动模块、PID智能调节模块W及多传感器检测模块，所述微控制器为单片机，所述电 源模块用于给整个装置供电；所述多传感器检测模块W超声波传感器、压力传感器、转速传 感器和红外传感器为主，并用于检测碎石和渐青的状态；所述PID智能调节模块是将BP神 经网络算法引入到常规PID控制器中，并用于控制渐青碎石的撒布。
【专利摘要】本发明公开一种同步碎石封层车沥青碎石撒布智能控制方法及装置，采用以超声波传感器、压力传感器、转速传感器、红外传感器为主的感知系统来检测周围环境信息，并将检测的信息通过数据层、特征层、决策层分析确定最终执行数据；将BP神经网络算法引入到常规PID控制器中，构建信息神经网络，并利用神经网络的自学习能力和逼近任意函数的能力，实现在线调整PID的控制参数，使神经网络的输出对应于某种最优控制规律下的PID控制参数，将其作为常规PID控制器的输入控制沥青和碎石的洒布量。本发明克服了PID控制器现有缺陷，提高了同步碎石封层车沥青洒布和碎石撒布控制系统的洒布精度、可靠性能、稳定性能以及对复杂环境的适应能力。
【IPC分类】G05B11-42
【公开号】CN104597753
【申请号】CN201410796299
【发明人】邵珠枫, 曾纪红, 刘熹
【申请人】徐工集团工程机械股份有限公司道路机械分公司
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2014年12月19日