CN113263583A - 预制构件振捣参数的智能控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种预制构件振捣参数的智能控制系统及方法，该方法包括如下步骤：于预制构件的模板内悬置多个传感器，以使得在预制构件的模板内浇筑混凝土时，传感器悬浮于所浇筑的混凝土的表面；在对所浇筑的混凝土进行振捣的过程中，利用传感器实时采集对应位置处的振动数据；对振动数据进行处理以得到对应的振动自功率谱，并从振动自功率谱中找出最优响应参数；将最优响应参数作为振捣参数反馈给振捣设备以实现对振捣作业的实时控制。本发明通过采集混凝土表面的振动数据，从中分析得出混凝土表面振动的最优响应参数并反馈给振捣设备，不断地利用当前时刻的振动数据控制调节下一时刻的振捣设备，实现了振捣作业的实时控制。

Description

预制构件振捣参数的智能控制系统及方法
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，特指一种预制构件振捣参数的智能控制系统及方法。
背景技术
混凝土浇筑后的振捣方式是控制混凝土质量的关键环节，现有预制构件在制作过程中，主要是倚靠人工和经验来设置振捣参数，由于混凝土配合比、塌落度、骨料类型及最大粒径等因素对振捣方式的选择都有很大的影响，仅倚靠人工和经验很难保证混凝土浇筑质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种预制构件振捣参数的智能控制系统及方法，解决现有的振捣倚靠人工和经验很难保证混凝土浇筑质量的问题。
实现上述目的的技术方案是：
本发明提供了一种预制构件振捣参数的智能控制方法，包括如下步骤：
于预制构件的模板内悬置多个传感器，以使得在预制构件的模板内浇筑混凝土时，所述传感器悬浮于所浇筑的混凝土的表面；
在对所浇筑的混凝土进行振捣的过程中，利用所述传感器实时采集对应位置处的振动数据；
对所述振动数据进行处理以得到对应的振动自功率谱，并从所述振动自功率谱中找出最优响应参数；以及
将所述最优响应参数作为振捣参数反馈给振捣设备以实现对振捣作业的实时控制。
本发明的智能控制方法通过采集混凝土表面的振动数据，从中分析得出混凝土表面振动的最优响应参数，利用该最优响应参数作为振捣参数反馈给振捣设备以实现根据实际的振动情况来控制振捣设备，不断地利用当前时刻的振动数据控制调节下一时刻的振捣设备，实现了振捣作业的实时控制。由于混凝土内的骨料具有自振频率，当振捣的振动频率与混凝土内骨料的自振频率相接近时，能够大大促进混凝土的液化，达到密实状态，获得良好的振捣效果，本发明通过对混凝土液面的实际振动数据进行分析，找出最优响应参数，能够实现根据不同类型及不同位置的混凝土来自动调整振捣参数，提高了振捣效果。
本发明预制构件振捣参数的智能控制方法的进一步改进在于，对所浇筑的混凝土进行初始振捣时，根据设定的初始振捣参数控制振捣设备运行。
本发明预制构件振捣参数的智能控制方法的进一步改进在于，在振捣设备为多个时，为每一振捣设备配置至少一个传感器，并将所述传感器靠近对应的振捣设备设置。
本发明预制构件振捣参数的智能控制方法的进一步改进在于，所述最优响应参数包括最优响应振幅和最优响应频率。
本发明预制构件振捣参数的智能控制方法的进一步改进在于，对所述振动数据进行处理以得到对应的振动自功率谱的步骤包括：
对所述振动数据求取离散序列的变尺度傅里叶变换以得到自功率谱；
对所述自功率谱进行平滑化处理得到自功率谱密度作为振动自功率谱。
本发明还提供了一种预制构件振捣参数的智能控制系统，包括：
多个传感器，悬置于预制构件的模板内，在预制构件的模板内浇筑混凝土时，所述传感器悬浮于所浇筑的混凝土的表面；
采集单元，与所述传感器通信连接，用于在对所浇筑的混凝土进行振捣的过程中接收所述传感器实时采集的对应位置处的振动数据；
处理单元，与所述采集单元和振捣设备连接，所述处理单元接收所述采集单元发送的振动数据，并对所述振动数据进行处理以得到对应的振动自功率谱，并从所述振动自功率谱中找出最优响应参数，所述处理单元将所述最优响应参数作为振捣参数发送振捣设备一实现对振捣作业的实时控制。
本发明预制构件振捣参数的智能控制系统的进一步改进在于，所述处理单元内预存有初始振捣参数，所述处理单元在初始振捣时，将所述初始振捣参数发送给振捣设备以令设备运行。
本发明预制构件振捣参数的智能控制系统的进一步改进在于，振捣设备有多个，每一振捣设备配置至少一个传感器，且所述传感器靠近对应的振捣设备设置。
本发明预制构件振捣参数的智能控制系统的进一步改进在于，所述最优响应参数包括最优响应振幅和最优响应频率。
本发明预制构件振捣参数的智能控制系统的进一步改进在于，所述处理单元对所述振动数据求取离散序列的变尺度傅里叶变换以得到自功率谱；对所述自功率谱进行平滑化处理得到自功率谱密度作为振动自功率谱。
附图说明
图1为本发明预制构件振捣参数的智能控制方法的流程图。
图2为本发明预制构件振捣参数的智能控制系统的系统图。
图3为本发明预制构件振捣参数的智能控制系统及方法中不同位置点未经平滑处理的功率谱在时程未对齐状态下的示意图。
图4为本发明预制构件振捣参数的智能控制系统及方法中不同位置点经平滑处理的功率谱在时程对齐状态下的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参阅图1，本发明提供了一种预制构件振捣参数的智能控制系统及方法，能够实现根据不同类型及不同位置的混凝土来自动调整振捣所用设备的振捣参数，实现混凝土的智能振捣控制。由于混凝土振捣过程实际上是使浇灌后的混凝土与骨料之间失去空隙，达到密实状态，当振捣的振动频率与骨料固有的自振频率相接近时，就能大大促进混凝土的液化，获得良好的振捣效果。本发明通过振动数据获得振动自功率谱，可找出浇筑混凝土最优的响应参数，能够让振捣设备输出的振动频率与混凝土的自振频率相接近，从而有效提高振捣效果。下面结合附图对本发明预制构件振捣参数的智能控制系统及方法进行说明。
参阅图2，显示了本发明预制构件振捣参数的智能控制系统的系统图。下面结合图2，对本发明预制构件振捣参数的智能控制系统进行说明。
如图2所示，本发明的预制构件振捣参数的智能控制系统包括多个传感器31、采集单元21和处理单元22；多个传感器31悬置于预制构件的模板内，在预制构件的模板内浇筑混凝土时，该些传感器31悬浮于所浇筑的混凝土的表面，用于采集混凝土液面的振动数据；采集单元21与多个传感器31通信连接，用于在对所浇筑的混凝土进行振捣的过程中接收传感器31实时采集的对应位置处的振动数据；处理单元22与采集单元21连接，该处理单元22还与振捣设备控制连接，处理单元22接收采集单元21发送的振动数据，并对振动数据进行处理以得到对应的振动自功率谱，并从振动自功率谱中找出最优响应参数。处理单元22将最优响应参数作为振捣参数发送给振捣设备以实现对振捣作业的实时控制。
在生产预制构件时，需先安装好预制构件的模板，该预制构件的模板的内部形成了浇筑混凝土的空间，而后向该空间内浇筑混凝土，浇筑好后启动振捣设备对混凝土进行振捣。混凝土的浇筑方式可根据预制构件的尺寸进行选择，在预制构件的尺寸较大时，可采用分层浇筑的方法，即先浇筑一段混凝土，而后进行振捣，重复该步骤直至完成预制构件的混凝土浇筑。若预制构件的尺寸较小，则可一次性浇筑好混凝土，再进行振捣。
本发明的智能控制系统适用于混凝土的整个振捣过程，用于对振捣设备实现智能控制，其根据混凝土表面的振动数据处理得出振动自功率谱，并找到最优响应参数，将其作为振捣参数来控制振捣设备的运行。
在本发明的一种具体实施方式中，传感器密封于一金属盒内，将该金属盒通过链条悬挂在预制构件的模板内，链条一端与金属盒连接，另一端固定在预制构件的模板外侧的架体上，在向预制构件的模板内浇筑混凝土时，可通过调节链条的长度来调整金属盒的位置，使得金属盒能够悬浮在混凝土的表面。
在一较佳的实施方式中，传感器31为三轴向振动加速度传感器。
在本发明的一种具体实施方式中，处理单元22内预存有初始振捣参数，处理单元22在初始振捣时，将初始振捣参数发送给振捣设备以令设备运行。
处理单元22用于控制振捣设备的运行，在初始振捣时，先利用初始振捣参数控制振捣设备的运行，而后传感器能够采集到混凝土液面处的振动数据，处理单元22再根据振动数据的处理得到最优响应参数，并利用最优响应参数控制振捣设备的运行，实现了自反馈式的振捣作业，能够根据上一时刻的混凝土液面的最优响应参数控制当前时刻的振动参数，形成了循环控制，实现振捣设备的实时控制。
在本发明的一种具体实施方式中，振捣设备有多个，每一振捣设备配置至少一个传感器，且传感器靠近对应的振捣设备设置。
振捣设备的数量可根据预制构件的尺寸来选择，一个振捣设备具有一个振捣范围，振捣设备的设置间距可根据振捣范围来设定。
传感器靠近振捣设备设置，也即将传感器设置在振捣设备的振捣范围内，从而通过设置的传感器能够检测得到对应该振捣设备影响范围内的混凝土的实际的振动数据。
将传感器与振捣设备相关联，且让传感器靠近对应的振捣设备设置，从而能够根据对应的传感器的振动数据来控制调节对应的振捣设备。
在本发明的一种具体实施方式中，最优响应参数包括最优响应振幅和最优响应频率。将最优响应振幅和最优响应频率作为振捣设备的振捣参数进行设定，使得振捣设备输出的振动频率与振幅能够接近混凝土内骨料的自振频率，促进混凝土的液化，获得良好的振捣效果。
在本发明的一种具体实施方式中，处理单元22对振动数据求取离散序列的变尺度傅里叶变换以得到自功率谱；对自功率谱进行平滑化处理得到自功率谱密度作为振动自功率谱。
具体地，设定传感器的数量为N，不同传感器采集到的混凝土的振动数据分别记为
Figure BDA0003103792220000056
利用时间窗从振动数据中截取片段，且各片段间不重叠，并对时间窗内的振动数据进行变尺度傅里叶变换，从而得到了不同时段的自功率谱。其中变尺度傅里叶变换是指在傅里叶变换过程中通过变时长和/或变阶跃对变换结果进行放大处理，以能够准确的得到对应的自功率谱。
自功率谱估计形式表示如下：
Figure BDA0003103792220000051
Figure BDA0003103792220000052
式(1)和式(2)中，
Figure BDA0003103792220000053
表示平滑化处理后的自功率谱，
Figure BDA0003103792220000054
表示平滑后的自相关函数，w(τ)表示窗函数，
Figure BDA0003103792220000055
表示自相关函数，dτ表示时间的微分，i表示虚数单位，ω表示振动数据的固有圆频率，τ表示时长。在计算中加入窗函数相当于对原物理量进行加权平均，其特性一般如下所示：
Figure BDA0003103792220000061
式(3)中，L表示时长的数量，Δt表示时长阶跃，T表示振动数据的空间长度。
在频域内，对平滑化处理后的自功率谱进行卷积积分以获得自功率谱密度：
Figure BDA0003103792220000062
式(4)中，
Figure BDA0003103792220000063
表示自功率谱密度，W(u)表示频率窗函数，
Figure BDA0003103792220000064
表示自功率谱，du表示频率的微分。
具体地，将一个传感器的振动自功率谱视为点预测，即对一个点离散时间序列(tl＝lΔt；l＝0，…，T/Δt)的振动数据进行随机过程描述。令，表示离散序列的变尺度傅里叶变换，形式如下：
Figure BDA0003103792220000065
Figure BDA0003103792220000066
式(5)和式(6)中，Li(ωn)表示离散序列的变尺度傅里叶变换的中间值，Δt表示时长阶跃，NT表示时间离散化的数量，ai表示幅值，l表示时长阶跃数目的变量，lΔt表示离散后的时间序列，i表示虚数单位，
Figure BDA0003103792220000067
表示自功率谱。
时间窗w(τ)与频率窗W(u)互为傅里叶变换对，且有如下特性：
Figure BDA0003103792220000068
Figure BDA0003103792220000069
对于离散化的自功率谱进行平滑化处理得到自功率谱密度，该自功率谱密度可表示为：
Figure BDA00031037922200000610
式(9)中，
Figure BDA00031037922200000611
表示平滑化处理后的自功率谱密度，n表示离散后的序列数，N表示时间离散化的数量，W(nΔω)表示离散化后的频率窗函数，
Figure BDA00031037922200000612
表示离散化后的自功率谱，ωn表示离散频率点，ωn＝nΔω，Δω表示频率阶跃，Δω＝2π/T，T表示固有周期，
Figure BDA0003103792220000071
表示离散化后的正则化处理的自功率谱。窗对移动时间窗进行傅里叶变换见式(7)，可得到频域内的频率窗对应的窄带滤波器对信号进行滤波，求得滤波后振动能量随频率变换的规律。
求出各传感器对应位置处的振动自功率谱。具体如图3和图4所示。
由于混凝土振捣过程实际上是使浇灌后的混凝土与骨料之间失去空隙，达到密实状态，当振捣的振动频率与骨料固有的自振频率相接近时，就能大大的促进混凝土的液化，获得良好的振捣效果。对于混凝土，振幅和振动频率的选择应互相协调，既要使颗粒的震动衰减小，又不致使颗粒在振动过程中出现静止状态。本发明对振动数据处理，建立功率谱模型，找出对浇筑的混凝土最优的振捣参数并进行设定。
本发明的处理单元实现了对振动设备进行自反馈振捣，处理单元从功率谱中找出最优响应振幅和频率，实时将最优响应振幅和频率传输到振捣设备，将最优响应振幅和频率作为振动设备下阶段的振捣参数进行设定，循环进行反馈振捣控制，实现对振动设备的实时控制。
在本发明的一种具体实施方式中，振动设备为固定连接在预制构件的模板外侧的附着式振捣器。在另一较佳实施方式中，振动设备为伸入混凝土内的振捣棒。
本发明还提供了一种预制构件振捣参数的智能控制方法，下面对该控制方法进行说明。
如图1所示，本发明提供的一种预制构件振捣参数的智能控制方法，包括如下步骤：
执行步骤S11，于预制构件的模板内悬置多个传感器，以使得在预制构件的模板内浇筑混凝土时，传感器悬浮于所浇筑的混凝土的表面；接着执行步骤S12；
执行步骤S12，在对所浇筑的混凝土进行振捣的过程中，利用传感器实时采集对应位置处的振动数据；接着执行步骤S13；
执行步骤S13，对振动数据进行处理以得到对应的振动自功率谱，并从振动自功率谱中找出最优响应参数；接着执行步骤S14；
执行步骤S14，将最优响应参数作为振捣参数反馈给振捣设备以实现对振捣作业的实时控制。
在本发明的一种具体实施方式中，对所浇筑的混凝土进行初始振捣时，根据设定的初始振捣参数控制振捣设备运行。
在本发明的一种具体实施方式中，在振捣设备为多个时，为每一振捣设备配置至少一个传感器，并将传感器靠近对应的振捣设备设置。
将传感器靠近振捣设备设置，也即将传感器设置在振捣设备的振捣范围内，从而通过设置的传感器能够检测得到对应该振捣设备影响范围内的混凝土的实际的振动数据。
将传感器与振捣设备相关联，且让传感器靠近对应的振捣设备设置，从而能够根据对应的传感器的振动数据来控制调节对应的振捣设备。
在本发明的一种具体实施方式中，最优响应参数包括最优响应振幅和最优响应频率。
在本发明的一种具体实施方式中，对振动数据进行处理以得到对应的振动自功率谱的步骤包括：
对所述振动数据求取离散序列的变尺度傅里叶变换以得到自功率谱；
对所述自功率谱进行平滑化处理得到自功率谱密度作为振动自功率谱。具体可参见上述的式(5)、式(6)和式(9)。
本发明的预制构件振捣参数的智能控制系统及方法的有益效果为：
提高振捣效率及质量，安装便捷。
本发明可根据不同配合比、不同塌落度等自动反馈适宜的振捣频率及振幅，对提高混凝土振捣效率及浇筑质量有极大的帮助。
自动标定振捣参数，形成混凝土振捣过程的控制闭环，为混凝土浇筑质量的量化提供依据。
数据处理便捷，操作简单。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种预制构件振捣参数的智能控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
于预制构件的模板内悬置多个传感器，以使得在预制构件的模板内浇筑混凝土时，所述传感器悬浮于所浇筑的混凝土的表面；
在对所浇筑的混凝土进行振捣的过程中，利用所述传感器实时采集对应位置处的振动数据；
对所述振动数据进行处理以得到对应的振动自功率谱，并从所述振动自功率谱中找出最优响应参数；以及
将所述最优响应参数作为振捣参数反馈给振捣设备以实现对振捣作业的实时控制。
2.如权利要求1所述的预制构件振捣参数的智能控制方法，其特征在于，对所浇筑的混凝土进行初始振捣时，根据设定的初始振捣参数控制振捣设备运行。
3.如权利要求1所述的预制构件振捣参数的智能控制方法，其特征在于，在振捣设备为多个时，为每一振捣设备配置至少一个传感器，并将所述传感器靠近对应的振捣设备设置。
4.如权利要求1所述的预制构件振捣参数的智能控制方法，其特征在于，所述最优响应参数包括最优响应振幅和最优响应频率。
5.如权利要求1所述的预制构件振捣参数的智能控制方法，其特征在于，对所述振动数据进行处理以得到对应的振动自功率谱的步骤包括：
对所述振动数据求取离散序列的变尺度傅里叶变换以得到自功率谱；
对所述自功率谱进行平滑化处理得到自功率谱密度作为振动自功率谱。
6.一种预制构件振捣参数的智能控制系统，其特征在于，包括：
多个传感器，悬置于预制构件的模板内，在预制构件的模板内浇筑混凝土时，所述传感器悬浮于所浇筑的混凝土的表面；
采集单元，与所述传感器通信连接，用于在对所浇筑的混凝土进行振捣的过程中接收所述传感器实时采集的对应位置处的振动数据；
处理单元，与所述采集单元和振捣设备连接，所述处理单元接收所述采集单元发送的振动数据，并对所述振动数据进行处理以得到对应的振动自功率谱，并从所述振动自功率谱中找出最优响应参数，所述处理单元将所述最优响应参数作为振捣参数发送振捣设备以实现对振捣作业的实时控制。
7.如权利要求6所述的预制构件振捣参数的智能控制系统，其特征在于，所述处理单元内预存有初始振捣参数，所述处理单元在初始振捣时，将所述初始振捣参数发送给振捣设备以令设备运行。
8.如权利要求6所述的预制构件振捣参数的智能控制系统，其特征在于，振捣设备有多个，每一振捣设备配置至少一个传感器，且所述传感器靠近对应的振捣设备设置。
9.如权利要求6所述的预制构件振捣参数的智能控制系统，其特征在于，所述最优响应参数包括最优响应振幅和最优响应频率。
10.如权利要求6所述的预制构件振捣参数的智能控制系统，其特征在于，所述处理单元对所述振动数据求取离散序列的变尺度傅里叶变换以得到自功率谱；对所述自功率谱进行平滑化处理得到自功率谱密度作为振动自功率谱。
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