混凝土泵车节能用油门模糊PID控制器的研究

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发布时间：2021-09-17

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混凝土泵车节能用油门模糊PI D控制器的研究
武四辈，曾发林
(江苏大学)
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{ 摘要：从混凝土泵车节能的角度出发，提出实现混凝土泵车节能的理论和控制策略。根据不同工作要求，将泵；
t车工作过程分为3个动力模式和1个怠速模式，分别对应不同的发动机油门位置和转速。为使发动机转速控制在规{
定的低油耗区内工作，在油门控制中采用了模糊PID控制方法。根据泵车外部负荷改变而引起的发动机转速的变化；
；情况，由模糊PID控制器实时控制直流伺服电机实现对油门位置的精确控制，从而达到节能的目的。通过Mat一
十lab／Simulink仿真表明，模糊PID控制效果优于传统的PID控制，能实现对油门的精确控制。十
关键词：混凝土泵车；模糊PID控制；节能；油门控制
近年来，随着国民经济的高速发展，混凝土泵送
施工技术在我国发展很快，并已在高层建筑、桥梁、
地铁等工程中广泛地应用_11。混凝土泵车属于大功
率、高耗油的机械动力设备，泵车节能性的好坏直接
关系到施工成本的高低及环境污染的程度，混凝土
泵车的节能问题已经受到了业内人士的普遍关注。
而目前的混凝土泵车无论在何种实际工况下都处于
某一固定的转速，这样在轻载荷时发动机的功率利
用率很低，造成了极大的能量浪费，另一方面在超载
时发动机转速不稳定，甚至熄火。因此，根据实际的
工作情况来研究泵车的节能控制策略十分有必要。
本文提出将发动机的工作状况与负荷相匹配，通过
合理匹配泵与发动机，提高功率利用率，从而提高整
机的效率和发动机的可靠性。合理地利用发动机功
率，还可有效提高燃油效率，降低混凝土泵车在使用
过程中的燃油成本，提高产品的竞争力。
实践证明油门位置的精确控制是实现节能的关
键技术之一，为此，本文提出采用模糊PID控制方
法对发动机油门位置进行精确控制，并具体介绍其
控制原理和仿真效果。
l 发动机油门位置稳定与节能的实现原理
在图1中，曲线1、2、3为部分负荷速度特性曲
线，斜线4、5、6为部分负荷调速特性，曲线L、、Ⅳ
为对应的燃油消耗率曲线。假设发动机工作于速度
特性2的最低油耗区，设在曲线的点，假如外
负荷增加，将使发动机转速下降，如果不调节油门，
一12—
0 转~n／(r／min)
图1 发动机特性曲线
发动机将远离4点工作；假如设在日点，燃油消耗
率将增大，浪费能源。而且，如果外负荷居高不下，又
不增大油门开度，发动机将有熄火的可能。而如果此
时适当调节油门开度，使发动机工作于速度特性1
的最低油耗区，设在的E点，则不仅可满足外界
负荷的需要，还可以使发动机回到最低油耗区工作，
从而节约能源。同理，如果此时外负荷减小，发动机
转速将增大，也将使发动机离开点工作，设工作
于C点，若此时不降低油门，能量就会白白浪费掉
一部分。而如果适当减小油门开度，使发动机工作于
特性3的最低油耗区，设在曲线Ⅳ的D点，这样既
可以节约能源消耗，又能够满足外负荷的要求。如此
调节发动机油门开度，使发动机始终工作于最低油
耗工况，既满足了外界负荷的要求，又达到了节能的
目的。同样，对于其它工况，只要根据发动机转速调
节油门开度，保证发动机的转速在允许范围内稳定