堆垛机定位控制系统的研究与应用

摘要

堆垛机是自动化立体仓库的核心运行设备，大容量高效率的立体仓库对堆垛机的可靠性、经济性和快速性的要求非常高。堆垛机在X、Y、Z三个方向的运行速度、平稳性及机械部分设计制造的成本决定了仓库的运行效率和成本，而堆垛机的运行效率主要由定位控制系统决定。所以，研究堆垛机的定位控制系统具有重要的实际意义。
　　堆垛机的定位控制，涉及到了货位定位认址检测技术、电机运行控制技术、PLC控制技术、柔性材料弹性件的摆动控制技术、以及制动停止的精确定位控制等技术的应用。论文主要针对堆垛机定位控制中的立柱摆动及水平行走机构定位问题，采用理论建模、设计相应的控制策略并进行仿真分析的研究方法，从建立立柱动态模型及机电系统各部分模型、立柱摆动抑制控制和精确定位控制三个方面进行了深入研究。
　　首先，分析了堆垛机在X、Y、Z三个方向运动的定位控制原理及组成元件的特点，明确了控制对象及影响堆垛机定位精度的因素，如定位过程中立柱摆动、堆垛机大惯量特性、传感器噪声及高运行速度等。设计了基于双位置环的二分步定位控制方式，并把定位精度和快速响应性作为判别定位控制系统优劣的关键性能指标。建立了堆垛机机电系统机械传动模型、伺服电机和驱动器的驱动模型。通过对堆垛机立柱进行简化，根据欧拉-伯努利悬臂梁理论，得到了堆垛机制动停止时立柱摆动的运动学和动力学模型。
　　其次，通过设计堆垛机精确快速定位的控制策略，使堆垛机在定位精度、快速响应和稳定性方面具有良好的性能。一方面，根据堆垛机立柱摆动的特点，设计了基于输入整形技术的立柱摆动抑制控制器，使堆垛机定位停止时立柱能快速的停止下来；另一方面，设计二自由度结构的控制器使堆垛机在水平行走方向精确定位。之后将两控制模块结合在一起，确定最终的控制方案。借助Matlab软件建立控制器的Simulink模型，得到仿真曲线，并对仿真结果进行对比分析，验证控制器的有效性。
　　最后，论文从堆垛机硬件和软件设计方面分析了堆垛机定位控制系统的应用方法。应用系统以PLC为控制核心，采用精确定位控制算法、profibus通信方式及条码定位的精确认址方式；与交流伺服系统、机械传动系统组成了双位置环的高精度定位控制系统。从仿真验证结果来看，该方法有效改善了堆垛机的控制性能，为以后设计堆垛机控制系统提供了重要参考。

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1 绪论

1.1 课题的来源与背景

1.2 堆垛机简介

1.3 国内外研究状况

1.4 定位控制技术发展现状及发展趋势

1.5 研究的内容及方法

2 堆垛机定位控制系统的分析及定位控制方式研究

2.1 堆垛机定位控制系统的结构分析

2.2 定位控制系统的控制对象及存在的问题

2.3 堆垛机的定位控制方式

2.4 定位控制的性能指标

2.5 小结

3 堆垛机定位控制系统的建模

3.1 机电系统的建模

3.2 堆垛机立柱的分析与建模

3.3 小结

4 堆垛机定位控制系统立柱抑振及精确定位控制策略

4.1 基于输入整形的立柱摆动抑制控制模块设计

4.2 行走机构精确定位控制模块的设计

4.3 输入整形器与二自由度结构综合模块的实现

4.4 小结

5 堆垛机定位控制系统的应用

5.1 定位控制系统整体介绍

5.2 定位控制系统运行设备

5.3 定位控制系统编程

5.4 系统的通讯

5.5 小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果