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  自动混凝土搅拌机控制系统模型


  基于 Matlab/Simulink 平台搭建系统自动混凝土搅拌机的控制模型,包括通讯模块、滤波模块、配比模块、清零模块和控制模块。其中通讯模块用于设备间的信号通讯,采样周期为10 ms; 滤波模块处理输入的称重系统信号,设计离散滤波器滤除滚筒振动冲击;


  自动混凝土搅拌机的配比模块计算物料的配比重 Mi; 清零模块计算剩余质量 Me; 控制模块依据剩余质量 Me大小,采用分段控制策略控制电磁阀动作,实现油路通断,由于固体物料添加过程相似,因此控制策略仅以沙子为例。

自动混凝土搅拌机控制系统模型
  1. 自动混凝土搅拌机的通讯模块


  自动混凝土搅拌机的通讯模块可实现称重系统的 0 ~ 5 V 模拟量输入、压力开关 0 /1 开关量输入、显示屏数据交互通讯和控制开关量信号输出。其中,拟合方程将称重系统电压信号转换为当前质量 M; 控制器与显示屏基于 CAN 协议进行数据通讯,根据 ID对应关系,将配比重 Mi和剩余重量 Me发送到显示屏对应地址的文本寄存器中,从而在显示屏上显示。


  2. 自动混凝土搅拌机的滤波模块


  在实际工况中,滚筒振动冲击是不可避免的,且随着使用次数的增加而不断增大,为保证控制精度,设计离散滤波器。首先采集实际工况数据,并通过FFT 分析得出其频谱图,


  实际工况数据波动为 ± 100 kg 左右,且频谱在 0. 005 Hz、0. 3 Hz 和 0. 42 Hz 处有明显脉冲,均属于低频信号,因此,为了保证称重传感信号的真实不失真性同时兼顾系统精度要求。

自动混凝土搅拌机控制系统模型
  3. 自动混凝土搅拌机的配比模块


  预存常用混凝土配比,包括强度型号为 C15 ~C40 等在内的十余种配比方案,并可根据用户反馈的常用型号进行增添或修改,大存储量可达 99种,调用时输入型号即可。


   4 .自动混凝土搅拌机的清零模块


  按下清零按钮后,清零模块启动,控制器计算清零模块启动时刻前 10 个周期内的平均质量 Mav作为计量基准值,显示屏上显示的剩余质量 Me= M +Mi- Mav。


   5. 自动混凝土搅拌机的控制模块


  根据自动混凝土搅拌机的控制执行元件的不同,控制模块主要分为加水和加固体物料两大部分,结合工作特点,采用不同的控制策略。按下 P1按钮后,控制器执行清零命令,加水过程开始,水阀动作工作在左位通路状态,控制水泵向滚筒内加水。

自动混凝土搅拌机控制系统模型
  由于水泵流量较小,水阀通断反应灵敏,因此当剩余质量 Me为 0 时,控制模块判定加水完成,水阀复位至右路断路状态,加水过程结束。按下 P2~ P5按钮后,控制器执行清零命令,对应的固体物料添加过程开始,铲斗阀初期工作在右位断路状态,手动操纵铲斗向滚筒内上料。


  根据铲斗油缸行程和流量大小,计算关闭总时间 T,由于固体物料流量较大,采用分阶段关闭铲斗门、提前预估关断的方式,当剩余重量 Me小于经验阈值 Ma时,


  自动混凝土搅拌机的控制铲斗阀动作工作在左路通路状态,0. 75T 后复位至右路断路状态,减小铲斗门开度来降低流量,便于准确控制; 随后根据当前铲斗门开度下的实际流量,考虑铲斗形状、物料松散度等条件的影响,实时估算 0. 25T 时间内的流量 Mb,当剩余质量 Me≤Mb时,控制铲斗阀动作工作在左路通路状态,直到压力开关信号由 0 跳变为 1,即铲斗门完全关闭时,铲斗阀复位至右路断路状态,固体物料添加结束。
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