基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法，涉及冲孔打桩机控制技术领域。它包含专家控制系统和余绳控制算法，通过构建专家控制系统，结合打桩人员及相关专家的经验，制定出知识表达规则集；地质环境信息不同，地质环境下余绳的长度信息和泥浆浓度也不同；在软件运行过程中，通过对比不同参数值所对应的地质环境，来确定当前地质类型。本发明专利技术提高了整个冲孔打桩机施工过程的自动化程度和工作效率，有效解决了目前冲孔打桩机针对不同地质条件无法保证工作效率及施工质量等问题。

The control method of the residual rope of the intelligent punching piling machine based on the expert system

The invention discloses a method for controlling the residual rope of an intelligent punching piling machine based on an expert system, which relates to the control technology field of a punching and piling machine. It includes expert control system and rope control algorithm, through the construction of expert control system, combined with the driving personnel and related experts, formulate the expression of knowledge rules; geological environment information, the length information of the geological environment and slurry concentration of residual rope is different; in the software process, by comparing the different geological parameters the environment, to determine the current geological type. The invention improves the automation and working efficiency of the whole punching pile driver in construction process, and effectively solves the problems of current punching pile driver for different geological conditions, which can not guarantee work efficiency and construction quality.

【技术实现步骤摘要】
基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法
本专利技术涉及冲孔打桩机控制
，特别是涉及一种基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法。
技术介绍
冲孔打桩机已广泛应用于高铁、高速公路等基本建设项目中。目前，施工现场所进行的打桩施工大多是人工手动操作，操作人员需要在施工过程中频繁地对离合和刹车等操作杆进行控制，尤其是在遇到复杂地形(斜岩、黏土等)时，需要配合添加石子和泥沙混合物，直到出现水平打桩面。反复以上步骤，才能继续作业，对施工人员有极高的要求，且劳动强度大，安全系数低，施工质量很难得到保证。传统手动式冲孔打桩机结构如图1所示。为了保证冲孔打桩机在遇到不同地质环境情况下都能够具有较高的工作效率和施工质量，就需要精确控制余绳的长度。例如，当遇到斜岩情况时，就要控制桩锤在碰撞到岩石后的瞬间立即停住，避免桩锤继续下降，造成偏孔。从而，余绳长度的精确控制是实现冲孔打桩机高效运行的一大难点。在打桩过程中，桩锤通过自由落体所产生的重力带动绕线器加速转动，如果不能及时对绕线器进行点刹，钢丝绳就会继续下落，再加之后的离合时间，就会造成余绳长度过长，降低了打桩机的工作效率，还易于产生吸锤、卡锤等故障；而如果点刹太早，会使余绳太紧，将导致桩锤未能到达桩底或刚好到达桩底，不仅会使打桩失效，还会因突然刹车产生的外力绷断钢丝绳，同样存在安全隐患。因此，对于余绳的控制至关重要。基于以上情况，针对不同地质环境，设计一种基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种提高了整个冲孔打桩机施工过程的自动化程度和工作效率，有效解决了目前冲孔打桩机针对不同地质条件无法保证工作效率及施工质量等问题的基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法。为了解决
技术介绍
所存在的问题，本专利技术是采用以下技术方案：一种基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法，它包含专家控制系统和余绳控制算法，其中，所述的专家控制系统采用增量式设计方法，通过扩充内容达到知识库的更新，使系统继续进步，并获得专业证书，然后成为一个自学习、自适应并平稳运作的专家系统，专家控制系统包含：知识表达规则集、知识推理、专家知识库和知识获取，知识获取分别连接专家知识库和知识推理，专家知识库和知识推理相互连接，且专家知识库和知识推理均与知识表达规则集连接，知识表达规则集连接被控对象，被控对象通过传感器连接知识获取；采用基于模糊网络的专家系统，由于专家控制系统是基于模糊网络的，所以知识获取与知识推理是它的中心；所述的基于专家系统的余绳控制模型的知识库中包含了几种常见的地质类型参数及其各自所对应的余绳长度值、离合时间、刹车时间等信息，余绳控制算法在运行过程中，不停地对专家控制系统中的传感器采集回来的各种信息进行判断，再根据余绳知识库中的知识进行推断，由所处的地质条件找其匹配的运行规则，最终执行，同时把目前有关技术指标收录进余绳控制规则表里；根据余绳知识库和余绳控制规则表进行推理，最终得出不同地质环境所对应的控制参量，推理方式一般有正向、反向；推理时，根据余绳控制规则表判断当前的地质类型，若推断是砂石层，就会根据余绳控制规则表中砂石层对应的控制要求进行施工，对应的参数也会自行进行调整，若判断不是砂石层，就会继续与余绳控制规则表进行匹配判断。作为本专利技术的进一步改进；所述的知识表达规则集：模糊专家系统中不确定的实际事件可用模糊的方式表现，用[0,1]的区间表示发生的这件事情，因此可更恰当的反映问题的信息。作为本专利技术的进一步改进；所述的知识推理：模糊专家系统本身的知识和推理规则的精度不高，某个结果在一定程度实现匹配，从而可以采取相应办法达到最终目的。作为本专利技术的进一步改进；所述的专家知识库：根据系统的更新总结和不断修正，把新加的或修改的规则以数据库的形式存与存储器中，进而构建成一个相关知识领域的专家知识库。作为本专利技术的进一步改进；所述的余绳知识库由实际状态信息、专业技术人员的技术总结、及规则表组成，实际状态信息就是冲孔打桩机具体施工过程中的各种运行状态参量信息；专业技术人员的技术总结相关专家或现场施工人员长期研究或总结的经验知识；作为本专利技术的进一步改进；所述的余绳控制规则表包括几种常见的地质环境各自所对应的控制参数，每条规则都有前提条件和结论。本专利技术通过对桩锤提升高度进行精确测量，得到高度信息、速度信息及加速度信息进行数据融合分析打桩机所处的运行状态，系统将这些信息进行存储，通过构建专家控制系统，结合打桩人员及相关专家的经验，制定出知识表达规则集；地质环境信息不同，地质环境下余绳的长度信息和泥浆浓度也不同；在软件运行过程中，通过对比不同参数值所对应的地质环境，来确定当前地质类型。采用上述技术方案后，本专利技术具有以下有益效果：使冲孔打桩机控制设备根据不同的目标土层对余绳的长度进行适应性调整，以提高冲孔打桩机对复杂地质环境的适应能力。从而实现冲孔打桩机在遇到不同地质环境情况下都能够保证较高的工作效率和施工质量。本专利技术一方面为了提高系统的自学、自适应和智能化的能力。另一方面由于打桩机系统运作时，施工规则和模式因为地质环境、桩基深度的不同而不同，所以需要构建一个庞大的专家系统把这些规则和模式总结起来，根据现场采集的信息判断并在专家知识库中搜索需要使用哪一个规则和模式，提高系统的运作效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为传统手动式冲孔打桩机结构；图2为本专利技术中余绳控制算法的结构框图；图3为本专利技术中专家控制系统的结构框图；图4为本专利技术的三角形隶属函数图；图5为本专利技术的电流隶属度曲线图；图6为本专利技术的余绳控制算法的推理流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。请参阅图2-图6，本具体实施方式采用以下技术方案：一种基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法，它包含专家控制系统和余绳控制算法；通过对冲孔打桩机余绳控制模型进行分析研究，构建了如图2所示的基于专家系统的余绳控制结构图。其中，余绳知识库中包含了几种常见的地质类型参数及其各自所对应的余绳长度值、离合时间、刹车时间等信息。应用本专利技术的打桩机系统在运行过程中，不停地对专家控制系统的传感器采集回来的各种信息进行判断，再根据余绳知识库中的知识进行推断，由所处的地质条件找其匹配的运行规则，最终执行，同时把目前有关技术指标收录进余绳控制规则表里。余绳知识库由实际状态信息、专业技术人员的技术总结、及规则表组成。实际状态信息就是冲孔打桩机具体施工过程中的各种运行状态参量信息；专业技术人员的技术总结相关专家或现场施工人员长期研究或总结的经验知识；余绳控制规则表包括几种常见的地质环境各自所对应的控制参数，每条规则都有前提条件和结论。余绳控制算法主要是根据余绳知识库和余绳控制规则表进行推理，最终得出不同地质环境所对应的控制参量。推理方式一般有正向、反向，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法，其特征在于，它包含专家控制系统和余绳控制算法，其中，所述的专家控制系统采用增量式设计方法，通过扩充内容达到知识库的更新，使系统继续进步，并获得专业证书，然后成为一个自学习、自适应并平稳运作的专家系统，专家控制系统包含：知识表达规则集、知识推理、专家知识库和知识获取，知识获取分别连接专家知识库和知识推理，专家知识库和知识推理相互连接，且专家知识库和知识推理均与知识表达规则集连接，知识表达规则集连接被控对象，被控对象通过传感器连接知识获取；采用基于模糊网络的专家系统，由于专家控制系统是基于模糊网络的，所以知识获取与知识推理是它的中心；所述的余绳控制算法的余绳知识库中包含了几种常见的地质类型参数及其各自所对应的余绳长度值、离合时间、刹车时间信息，打桩机系统在运行过程中，不停地对专家控制系统中的传感器采集回来的各种信息进行判断，再根据余绳知识库中的知识进行推断，由所处的地质条件找其匹配的运行规则，最终执行，同时把目前有关技术指标收录进余绳控制规则表里；根据余绳知识库和余绳控制规则表进行推理，最终得出不同地质环境所对应的控制参量，推理方式一般有正向、反向；推理时，根据余绳控制规则表判断当前的地质类型，若推断是砂石层，就会根据余绳控制规则表中砂石层对应的控制要求进行施工，对应的参数也会自行进行调整，若判断不是砂石层，就会继续与余绳控制规则表进行匹配判断。...

【技术特征摘要】
1.基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法，其特征在于，它包含专家控制系统和余绳控制算法，其中，所述的专家控制系统采用增量式设计方法，通过扩充内容达到知识库的更新，使系统继续进步，并获得专业证书，然后成为一个自学习、自适应并平稳运作的专家系统，专家控制系统包含：知识表达规则集、知识推理、专家知识库和知识获取，知识获取分别连接专家知识库和知识推理，专家知识库和知识推理相互连接，且专家知识库和知识推理均与知识表达规则集连接，知识表达规则集连接被控对象，被控对象通过传感器连接知识获取；采用基于模糊网络的专家系统，由于专家控制系统是基于模糊网络的，所以知识获取与知识推理是它的中心；所述的余绳控制算法的余绳知识库中包含了几种常见的地质类型参数及其各自所对应的余绳长度值、离合时间、刹车时间信息，打桩机系统在运行过程中，不停地对专家控制系统中的传感器采集回来的各种信息进行判断，再根据余绳知识库中的知识进行推断，由所处的地质条件找其匹配的运行规则，最终执行，同时把目前有关技术指标收录进余绳控制规则表里；根据余绳知识库和余绳控制规则表进行推理，最终得出不同地质环境所对应的控制参量，推理方式一般有正向、反向；推理时，根据余绳控制规则表判断当前的地质类型，若推断是砂石层，就会根据余绳控制规则表中砂石层对应的控制要求进行施工，对应的参数也会自行进行调整，若判断不是砂石层，就会继续与余绳控制规则表进行匹配判断。2.根据权利要求1所述的基于专家系统的智能冲孔打桩机余绳控制方法，其特征在于，所述的知识表达规则集：模糊专家系统中不确定的实际事件可用模...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠孝，秦刚，冯利，荣梦杰，李京涛，叱婵娟，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61