一、本發(fā)明涉及一種控制模型獲取方法及系統(tǒng)、控制器和控制方法，尤其是一種瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制模型獲取方法及系統(tǒng)、控制器和控制方法。

背景技術(shù)：

0、二、背景技術(shù)

1、瀝青混合料攤鋪密實度影響著瀝青路面的最終質(zhì)量，攤鋪密實度不足會使瀝青路面在壓實時出現(xiàn)波浪，從而導(dǎo)致路面平整度低，甚至影響路面最終的密實度，

2、現(xiàn)有的密實度的在線檢測發(fā)展取得了很大的進(jìn)步，但其主要與振動壓路機(jī)結(jié)合用于瀝青混合料壓實過程中的壓實質(zhì)量監(jiān)測，缺乏在瀝青混合料攤鋪環(huán)節(jié)的密實度在線檢測方面的研究，

3、熨平板的動力學(xué)模型是研究熨平板攤鋪過程中熨平板與瀝青混合料相互作用的重要工具，逐步具備了雙夯錘加雙壓力梁以及振動單元等機(jī)構(gòu)，受力情況復(fù)雜，而當(dāng)前關(guān)于熨平板受力狀況的研究多集中在熨平板只受振搗作用與熨平板只受振動作用時的動力學(xué)模型，且對復(fù)雜振動系統(tǒng)的在線監(jiān)測技術(shù)仍需要進(jìn)一步突破，當(dāng)前研究對攤鋪環(huán)節(jié)攤鋪密實度進(jìn)行在線檢測的技術(shù)還不能準(zhǔn)確反映瀝青混合料攤鋪施工過程密實度，

4、基于申請人于2024年7月6日的技術(shù)交底書和通過檢索得到相近的背景技術(shù)中現(xiàn)有的技術(shù)問題、技術(shù)特征和技術(shù)效果，做出本發(fā)明的申請技術(shù)方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

0、三、
技術(shù)實現(xiàn)要素：

1、本發(fā)明的客體是一種瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制模型獲取方法，

2、本發(fā)明的客體是一種瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制模型獲取系統(tǒng)，

3、本發(fā)明的客體是一種瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制器，

4、本發(fā)明的客體是一種瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制方法。

5、為了克服上述技術(shù)缺點，本發(fā)明的目的是提供一種瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制模型獲取方法及系統(tǒng)、控制器和控制方法，因此建立模擬以熨平板垂直方向加速度的變化信號來反映鋪層的密實度的模型。

6、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

7、一種瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制模型獲取方法，其步驟是：

8、其步驟是：

9、步驟100：建立攤鋪系統(tǒng)動力學(xué)模型，

10、步驟200：建立加速度信號檢測系統(tǒng)，

11、步驟300：建立信號濾波降噪，

12、步驟400：建立現(xiàn)場標(biāo)定與在線監(jiān)測。

13、由于設(shè)計了上述步驟，通過構(gòu)建壓實系統(tǒng)動力學(xué)模型，分別對振搗機(jī)構(gòu)、振動機(jī)構(gòu)的動力學(xué)相應(yīng)特性進(jìn)行建模分析，基于此構(gòu)建熨平板加速度信號測量采集系統(tǒng)，進(jìn)而提出振動信號濾波處理方法，提出有效加速度分析信號，通過測量標(biāo)定建立數(shù)值模型實現(xiàn)瀝青混合料攤鋪密實度的在線監(jiān)測，并基于動力學(xué)模型對振搗振動機(jī)構(gòu)運行參數(shù)進(jìn)行指導(dǎo)。

14、本發(fā)明設(shè)計了，(1)振搗機(jī)構(gòu)作用模型

15、振搗具有擊實和振動壓實的特點，但振動能量較弱，單次振搗能量衰減快，同時振動沖程高，沖擊間隔大，因此將多次振搗看做間斷周期矩形沖擊波，周期振搗沖擊波如附圖3所示，

16、振搗壓實系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)為一衰減信號(式(1-1))。

17、

18、α為脈寬系數(shù)，取1/3t，脈沖高度為e，振搗周期為t，

19、使用傅里葉級數(shù)對振搗激勵周期進(jìn)行表達(dá)：

20、

21、周期振搗沖擊波頻譜如附圖4所示，

22、主副振搗器偏心位置相差180°，可認(rèn)為振搗錘在豎直方向上作無約束平行運動，模型可簡化為如附圖5所示的雙振搗壓實機(jī)構(gòu)模型，

23、其中附圖5中：

24、o1和o2——分別為主副偏心套的形心；o——偏心軸的旋轉(zhuǎn)中心；θ1——副振搗的初始相位角；θ2——主振搗的初始相位角；r1——偏心軸上副振搗的偏心距；r2——偏心軸上主振搗的偏心距；m1——副振搗器質(zhì)量；m2——主振搗器質(zhì)量；ωd——偏心軸轉(zhuǎn)速；x——熨平板的位移；x1——副振搗器的位移，x1＝x+rr?sin(ωdt)；x2——主振搗器的位移，x2＝x+r2?sin(ωdt+2π)，

25、通過傅里葉變換得到振搗器的動力學(xué)方程：

26、

27、其中，fd1和fd2為偏心軸作用于主副振搗器上的力；k1、c1、k2、c2為主副振搗器下方鋪層材料的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)。

28、當(dāng)偏心塊與鋪層接觸時，振搗作用力打到最大值m1r1ω2d，同時對鋪層進(jìn)行搗實，可求得振搗器的響應(yīng)加速度、速度及位移：

29、

30、根據(jù)振搗機(jī)構(gòu)與熨平板之間的相互作用原理，結(jié)合式(1-3)可知振搗器對平板的作用力r(t)：

31、

32、(2)振動壓實機(jī)構(gòu)作用模型

33、振動壓實模型如附圖6，

34、其中附圖6中：

35、m——熨平板箱體體的質(zhì)量，kg；m0——兩相同轉(zhuǎn)速但轉(zhuǎn)支反向相反的偏心軸質(zhì)量，kg；ω——振動器轉(zhuǎn)動時的角速度，rad/s；t——轉(zhuǎn)動時間，s

36、為更好地抵消水平方向上離心力對路面攤鋪質(zhì)量的影響，使兩個偏心軸的回轉(zhuǎn)中心的對稱線垂直通過整個熨平板的慣性中心；為便于計算分析，假定熨平板底部材料剛度k和阻尼c對熨平板施加的合力過熨平板的質(zhì)心，激振力與支承力構(gòu)成的力系對質(zhì)心力矩為零。

37、熨平板的動力學(xué)微分方程為：

38、

39、k為介質(zhì)的支承剛度系數(shù)；c為阻力系數(shù)；x為熨平板的縱向位移；q(t)是由偏心質(zhì)量轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的激勵，q(t)＝2m0rω2sin(ωt)；r為轉(zhuǎn)動半徑；r(t)為振搗器對熨平板的作用力。

40、將式(1-7)帶入式(1-8)可得式(1-9)構(gòu)建了熨平板加速度與振搗機(jī)構(gòu)和振動結(jié)構(gòu)角速度ω，ωd以及瀝青混合料性能k、c之間的關(guān)系。

41、

42、式中：

43、m＝m+2m0+m1+m2↓

44、c＝c+c1+c2↓

45、k＝k+k1+k2

46、

47、a5＝2m0rω2

48、本發(fā)明設(shè)計了，由式(1-9)可知，振搗機(jī)構(gòu)與熨平板的動力學(xué)特性可通過加速度直接測量，而現(xiàn)有研究表明被壓材料剛度與振動加速度存在一定的相關(guān)性，因此可以對振動加速度為主的振動動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析，來間接獲得攤鋪密實度的情況，通過使用熨平板垂直方向加速度的變化來反映鋪層的密實度，

49、攤鋪密實度在線檢測系統(tǒng)的基本原理如附圖7所示，

50、(1)信號測量模塊

51、采用傳感器應(yīng)符合施工要求，可承受110～120℃溫度，加速度測量幅值不低于20m/s2具備高靈敏，抗干擾的特點，安裝位置處于攤鋪機(jī)中間部位下方的熨平板上，加速度傳感器安裝位置如附圖8所示，

52、(2)信號采集模塊

53、采集卡應(yīng)具有加速度傳感器驅(qū)動單元，同時集成對信號隔直和放大等基本處理功能的隔直電路與電荷放大器，具備16位adc，振動信號采集頻率采用5khz，

54、(3)信號處理模塊

55、信號處理模塊具備時域、頻域變換功能，可得到頻域、振幅等信號特征，可對采集型號進(jìn)行濾波降噪處理，

56、(4)系統(tǒng)搭建

57、整合參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集、波形顯示、濾波降噪、密實度求解等功能模塊，檢測程序框圖如附圖9所示。

58、本發(fā)明設(shè)計了，首先設(shè)計數(shù)字帶通濾波器對振動反饋信號進(jìn)行濾波，并采用多項式最小二乘法和五點三次平滑法進(jìn)行信號預(yù)處理；然后，基于經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解原理(empirical?mode?decomposition，emd)進(jìn)行振動反饋信號處理和分析，獲取時頻聯(lián)合分布頻譜特征，為壓實狀態(tài)感知提供數(shù)據(jù)支持，

59、(1)濾波器選擇

60、選用fir數(shù)字濾波器進(jìn)行振動反饋信號的數(shù)字濾波，通過合理地參數(shù)設(shè)計以減小階數(shù)，最終降低濾波器實現(xiàn)的難度和硬件成本，

61、fir濾波器設(shè)計的實質(zhì)是尋求一個物理上可實現(xiàn)的系統(tǒng)函數(shù)h(z)，使其頻率響應(yīng)h(ejω)逼近濾波器要求的理想頻率響應(yīng)hd(ejω)，相應(yīng)的單位脈沖響應(yīng)為hd(n)，fir濾波器設(shè)計基本流程如附圖10所示，

62、(2)振動信號分析方法

63、首先利用經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解(emd)方法將給定信號分解為若干本征模態(tài)函數(shù)(intrinsic?modefunction，imf)之和，這些imf是滿足一定條件的分量；然后，對每個imf分量進(jìn)行hilbert變換，得到hilbert譜；最后，匯總?cè)縤mf分量的hilbert譜就會得到原始信號的hilbert譜，即為信號在時頻平面上的能量分布譜圖，進(jìn)而還可得到邊際譜，

64、emd方法可以將雜亂的振動信號分解為多個imf分量，從而可針對不同imf分量進(jìn)行處理以提取局部特征信息，同時去除原始信號中的噪聲和雜波，emd分解和篩選過程示意圖如附圖11所示。

65、本發(fā)明設(shè)計了，瀝青混合料性能k、c通過現(xiàn)場標(biāo)定的方式與攤鋪機(jī)具建立聯(lián)系，具體為密實度與振動頻率(ω，ωd，t)的關(guān)系，

66、攤鋪機(jī)開機(jī)前，連接好密實度在線檢測儀器，將試驗儀器的各種連接線合理布置，不能影響施工人員的正常施工；連接串口的螺紋要擰緊，防止試驗過程中脫落影響試驗的效果，

67、正式采集數(shù)據(jù)前，需要將傳感器安裝到合理的位置，機(jī)械拼裝的攤鋪機(jī)熨平板沿路面寬度由多個部分組成，為尋找一個較好的位置，試驗過程中將傳感器安裝在了整機(jī)的中間位置和熨平板單側(cè)的中心位置，最后對比找出較好的安裝位置，

68、確定位置安裝加速度傳感器后，打開采集系統(tǒng)對熨平板振動信號進(jìn)行采集，每一個振動頻率比下，待攤鋪機(jī)工作穩(wěn)定后再采集大約一分鐘的加速度信號，并且保存成數(shù)據(jù)文件便于分析，信號采集的同時，使用無核密度儀檢測這種頻率下剛攤鋪的鋪層密實度，保持?jǐn)備仚C(jī)振搗頻率不變，改變熨平板振動頻率，待到攤鋪機(jī)工作穩(wěn)定時通過采集系統(tǒng)采集加速度信號，并用無核密度儀檢測路面密實度，福格勒攤鋪機(jī)的頻率是百分比的形式。

69、最后，對信號進(jìn)行處理，對攤鋪密實度與振動加速度信號的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行擬合，為反饋調(diào)節(jié)振搗機(jī)構(gòu)和振動結(jié)構(gòu)角速度ω，ωd提供數(shù)據(jù)模型，同時可通過設(shè)定振動頻率來估計攤鋪密實度，現(xiàn)場標(biāo)定與在線監(jiān)測路程圖如附圖12所示。

70、無核密度儀標(biāo)定時應(yīng)采用不少于4個圓相切的測點布置方式測量密實度，在平整度好無污染的路段路面上選取5個測量點，每次測量需要順時針旋轉(zhuǎn)90度，現(xiàn)場標(biāo)定測點圖如附圖13所示。

71、本發(fā)明設(shè)計了，振動熨平板由箱體、振搗梁、振動器等部分組成，熨平板結(jié)構(gòu)側(cè)視圖如附圖14所示，振搗機(jī)構(gòu)位于熨平板的前部，是熨平板的主要組成部分之一，它采用雙振搗結(jié)構(gòu)，懸掛在偏心軸上，液壓馬達(dá)通過傳動裝置驅(qū)動偏心軸轉(zhuǎn)動，使振搗梁做往復(fù)運動，對混合料進(jìn)行初搗實，振動機(jī)構(gòu)由偏心塊轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力，離心力通過軸承座傳遞給箱體使熨平板振動。

72、本發(fā)明設(shè)計了，一種瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制模型獲取系統(tǒng)，包含有以下內(nèi)容：

73、攤鋪系統(tǒng)動力學(xué)模型建立單元10，

74、加速度信號檢測系統(tǒng)建立單元20，

75、信號濾波降噪建立單元30，

76、現(xiàn)場標(biāo)定與在線監(jiān)測建立單元40。

77、本發(fā)明設(shè)計了，一種瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制器，包含有以下內(nèi)容：在控制器中儲存有瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制模型，

78、瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制模型根據(jù)上述瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制模型獲取方法獲得。

79、本發(fā)明設(shè)計了，一種瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制方法，包含有以下內(nèi)容：

80、在cpu中應(yīng)用瀝青混合料攤鋪施工過程密實度在線監(jiān)測的控制器進(jìn)行控制。