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(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)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(shí)度影響著瀝青路面的最終質(zhì)量，攤鋪密實(shí)度不足會(huì)使瀝青路面在壓實(shí)時(shí)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(shí)度，

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

3、熨平板的動(dòng)力學(xué)模型是研究熨平板攤鋪過(guò)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(dòng)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(dòng)作用時(shí)的動(dòng)力學(xué)模型，且對(duì)復(fù)雜振動(dòng)系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)仍需要進(jìn)一步突破，當(dāng)前研究對(duì)攤鋪環(huán)節(jié)攤鋪密實(shí)度進(jìn)行在線檢測(cè)的技術(shù)還不能準(zhǔn)確反映瀝青混合料攤鋪施工過(guò)程密實(shí)度，

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

0、三、
技術(shù)實(shí)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(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)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(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)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(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)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(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)的控制方法。

5、為了克服上述技術(shù)缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種瀝青混合料攤鋪施工過(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)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(hào)來(lái)反映鋪層的密實(shí)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(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)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(dòng)力學(xué)模型，

10、步驟200：建立加速度信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，

11、步驟300：建立信號(hào)濾波降噪，

12、步驟400：建立現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定與在線監(jiān)測(cè)。

13、由于設(shè)計(jì)了上述步驟，通過(guò)構(gòu)建壓實(shí)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分別對(duì)振搗機(jī)構(gòu)、振動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(hào)測(cè)量采集系統(tǒng)，進(jìn)而提出振動(dòng)信號(hào)濾波處理方法，提出有效加速度分析信號(hào)，通過(guò)測(cè)量標(biāo)定建立數(shù)值模型實(shí)現(xiàn)瀝青混合料攤鋪密實(shí)度的在線監(jiān)測(cè)，并基于動(dòng)力學(xué)模型對(duì)振搗振動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行指導(dǎo)。

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

15、振搗具有擊實(shí)和振動(dòng)壓實(shí)的特點(diǎn)，但振動(dòng)能量較弱，單次振搗能量衰減快，同時(shí)振動(dòng)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(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)函數(shù)為一衰減信號(hào)(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(jí)數(shù)對(duì)振搗激勵(lì)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(wú)約束平行運(yùn)動(dòng)，模型可簡(jiǎn)化為如附圖5所示的雙振搗壓實(shí)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(guò)傅里葉變換得到振搗器的動(dòng)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(shí)，振搗作用力打到最大值m1r1ω2d，同時(shí)對(duì)鋪層進(jìn)行搗實(shí)，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(duì)平板的作用力r(t)：

31、

32、(2)振動(dòng)壓實(shí)機(jī)構(gòu)作用模型

33、振動(dòng)壓實(shí)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(dòng)器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角速度，rad/s；t——轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，s

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

37、熨平板的動(dòng)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(dòng)產(chǎn)生的激勵(lì)，q(t)＝2m0rω2sin(ωt)；r為轉(zhuǎn)動(dòng)半徑；r(t)為振搗器對(duì)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(dòng)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(jì)了，由式(1-9)可知，振搗機(jī)構(gòu)與熨平板的動(dòng)力學(xué)特性可通過(guò)加速度直接測(cè)量，而現(xiàn)有研究表明被壓材料剛度與振動(dòng)加速度存在一定的相關(guān)性，因此可以對(duì)振動(dòng)加速度為主的振動(dòng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析，來(lái)間接獲得攤鋪密實(shí)度的情況，通過(guò)使用熨平板垂直方向加速度的變化來(lái)反映鋪層的密實(shí)度，

49、攤鋪密實(shí)度在線檢測(cè)系統(tǒng)的基本原理如附圖7所示，

50、(1)信號(hào)測(cè)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(cè)量幅值不低于20m/s2具備高靈敏，抗干擾的特點(diǎn)，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(hào)采集模塊

53、采集卡應(yīng)具有加速度傳感器驅(qū)動(dòng)單元，同時(shí)集成對(duì)信號(hào)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(dòng)信號(hào)采集頻率采用5khz，

54、(3)信號(hào)處理模塊

55、信號(hào)處理模塊具備時(shí)域、頻域變換功能，可得到頻域、振幅等信號(hào)特征，可對(duì)采集型號(hào)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(shí)度求解等功能模塊，檢測(cè)程序框圖如附圖9所示。

58、本發(fā)明設(shè)計(jì)了，首先設(shè)計(jì)數(shù)字帶通濾波器對(duì)振動(dòng)反饋信號(hào)進(jìn)行濾波，并采用多項(xiàng)式最小二乘法和五點(diǎn)三次平滑法進(jìn)行信號(hào)預(yù)處理；然后，基于經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解原理(empirical?mode?decomposition，emd)進(jìn)行振動(dòng)反饋信號(hào)處理和分析，獲取時(shí)頻聯(lián)合分布頻譜特征，為壓實(shí)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(dòng)反饋信號(hào)的數(shù)字濾波，通過(guò)合理地參數(shù)設(shè)計(jì)以減小階數(shù)，最終降低濾波器實(shí)現(xiàn)的難度和硬件成本，

61、fir濾波器設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是尋求一個(gè)物理上可實(shí)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(jì)基本流程如附圖10所示，

62、(2)振動(dòng)信號(hào)分析方法

63、首先利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(emd)方法將給定信號(hào)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(duì)每個(gè)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(huì)得到原始信號(hào)的hilbert譜，即為信號(hào)在時(shí)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(dòng)信號(hào)分解為多個(gè)imf分量，從而可針對(duì)不同imf分量進(jìn)行處理以提取局部特征信息，同時(shí)去除原始信號(hào)中的噪聲和雜波，emd分解和篩選過(guò)程示意圖如附圖11所示。

65、本發(fā)明設(shè)計(jì)了，瀝青混合料性能k、c通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定的方式與攤鋪機(jī)具建立聯(lián)系，具體為密實(shí)度與振動(dòng)頻率(ω，ωd，t)的關(guān)系，

66、攤鋪機(jī)開機(jī)前，連接好密實(shí)度在線檢測(cè)儀器，將試驗(yàn)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(yàn)過(guò)程中脫落影響試驗(yàn)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(gè)部分組成，為尋找一個(gè)較好的位置，試驗(yàn)過(guò)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(duì)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(duì)熨平板振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集，每一個(gè)振動(dòng)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(hào)，并且保存成數(shù)據(jù)文件便于分析，信號(hào)采集的同時(shí)，使用無(wú)核密度儀檢測(cè)這種頻率下剛攤鋪的鋪層密實(shí)度，保持?jǐn)備仚C(jī)振搗頻率不變，改變熨平板振動(dòng)頻率，待到攤鋪機(jī)工作穩(wěn)定時(shí)通過(guò)采集系統(tǒng)采集加速度信號(hào)，并用無(wú)核密度儀檢測(cè)路面密實(shí)度，福格勒攤鋪機(jī)的頻率是百分比的形式。

69、最后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)攤鋪密實(shí)度與振動(dòng)加速度信號(hào)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(dòng)結(jié)構(gòu)角速度ω，ωd提供數(shù)據(jù)模型，同時(shí)可通過(guò)設(shè)定振動(dòng)頻率來(lái)估計(jì)攤鋪密實(shí)度，現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定與在線監(jiān)測(cè)路程圖如附圖12所示。

70、無(wú)核密度儀標(biāo)定時(shí)應(yīng)采用不少于4個(gè)圓相切的測(cè)點(diǎn)布置方式測(cè)量密實(shí)度，在平整度好無(wú)污染的路段路面上選取5個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每次測(cè)量需要順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定測(cè)點(diǎn)圖如附圖13所示。

71、本發(fā)明設(shè)計(jì)了，振動(dòng)熨平板由箱體、振搗梁、振動(dòng)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(guò)傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)偏心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使振搗梁做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)混合料進(jìn)行初搗實(shí)，振動(dòng)機(jī)構(gòu)由偏心塊轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力，離心力通過(guò)軸承座傳遞給箱體使熨平板振動(dòng)。

72、本發(fā)明設(shè)計(jì)了，一種瀝青混合料攤鋪施工過(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)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(dòng)力學(xué)模型建立單元10，

74、加速度信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)建立單元20，

75、信號(hào)濾波降噪建立單元30，

76、現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定與在線監(jiān)測(cè)建立單元40。

77、本發(fā)明設(shè)計(jì)了，一種瀝青混合料攤鋪施工過(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)的控制器，包含有以下內(nèi)容：在控制器中儲(chǔ)存有瀝青混合料攤鋪施工過(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)的控制模型，

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

79、本發(fā)明設(shè)計(jì)了，一種瀝青混合料攤鋪施工過(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)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(guò)程密實(shí)度在線監(jiān)測(cè)的控制器進(jìn)行控制。