大惯量负载条件下堆垛机的运动控制研究

发布时间：2020-07-21 07:54

【摘要】：高速堆垛机在重载条件下,传动轴的柔性变形带来的电机扭矩和速度的波动会对系统的性能造成负面影响。在传统建模方法中,为了简化设计问题,将电机传动模型中负载侧惯量的影响转换到电机侧,忽视了传动过程中传动轴的柔性变形对伺服电机输出扭矩和输出速度的影响。但随着重载堆垛机对电机功率和承载能力的提升,传统的控制器不能有效控制因传动轴的柔性变形对电机输出扭矩和输出速度的影响。因此,针对重载堆垛机高性能控制器的研究具有重要意义。本文以重载堆垛机这类大惯量负载设备的伺服系统为研究对象,综合考虑了系统的负载惯量及传动轴柔性变形的影响,建立了大惯量负载伺服系统动力学模型,并对该模型进行了基于ADAMS的动力学仿真分析。为了解决柔性变形对电机输出扭矩及输出速度曲线波动的问题。设计了自适应鲁棒控制器,将该控制器应用到所建立的动力学模型中,并进行了联合仿真分析。首先,将重载堆垛机这类大惯量负载设备的传动过程简化为电机通过传动轴带动负载进行转动的模型,依据牛顿运动学定律建立了大惯量负载伺服系统动力学模型。对模型中传动轴的柔性化处理前后分别进行了动力学仿真分析,仿真分析发现柔性化处理后,使用传统的PID控制器进行控制,与柔性化处理前相比,电机的扭矩及速度输出曲线会出现较大的波动。然后,为了解决柔性化处理后传统PID控制器对电机输出扭矩及输出速度曲线波动较大的问题,使用反步设计方法设计了自适应鲁棒控制器。并对该控制器进行了Lyapunov稳定性判定,通过稳定性判定证明了该控制器可以应用到大惯量负载伺服系统动力学模型中。最后,为了验证所设计控制器的有效性,对该模型进行了基于ADAMS与MATLAB的机电联合仿真分析,并将所设计的自适应鲁棒控制器应用到联合仿真中,通过对仿真结果的分析,验证了所设计的自适应鲁棒控制器可以有效缓解因传动轴柔性变形对电机输出扭矩及输出速度曲线波动的影响。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH246
【图文】：

自动化立体仓库发展至今，其实现的功能从原始的单一存储，发展到现在的集存储、逡逑分拣、拣选等功能为一体的综合的存储平台。综合应用了计算机控制技术、运动控制技逡逑术、可编程逻辑控制技术等前沿技术Ｗ。其发展可归纳为以下几个过程：逡逑（１）低效能模式逡逑上世纪八十年代初，堆垛机速度控制方式主要采用电动机进行控制，可手动对堆垛逡逑机的高低速进行切换，这种速度切换方式制约了堆垛机向着高速化的方向发展。随着速逡逑度控制方式的不断发展，其水平运行速度达到１２５ｍ／ｍｉｎ，升降速度达到３０ｍ／ｍｉｎ。运逡逑行速度的提升又面临另一个突出问题，如何让运行机构停止，这就导致制动过程中机械逡逑振动和噪声产生，但变频器的出现缓解了该问题。逡逑（２）高效能模式逡逑随着自动化立体仓库仓储量的提升，巷道堆垛机向着高速化的方向发展，出现了逡逑ＡＳ２１模式，该模式是以高效率存储为基础，实现了平稳速度控制无冲击运行。针对堆逡逑垛机加减速的振动与升降小车停止时出现的跳动现象，Ｓ形速度曲线控制方式的出现有逡逑效的解决了该问题，提高了控制器的响应速度，使巷道堆垛机运行速度得到了较大幅度逡逑

逑任务。或将货格内的货物取出运送到巷道口的工作台，完成货物的出库任务［３］。其作业逡逑过程如图１．１所示。逡逑入逦振ｉｒｖｗ货物入库逦璀r>厂逡逑库邋进库入口邋ｈ．７！信息输入逦入库逡逑，逦邋ＴＴ逦＇逦７＼逡逑＼／逦逦邋逦Ｌ逡逑仓库管理系统控制堆扢机＇逡逑中心邋＼ｎ／邋中心邋一一１／逦入库逡逑逦逦逦逦逦逦逦＇邋逦逦逦逦逡逑Ｚ邋＾逦Ｚ邋Ａ逡逑］逦１邋厂逦＼／逡逑出逦丨仓‘ｔ理逦堆每机Ｍ、丨！／逦丨货物出库丨逡逑库逦中心逦出库逦￣，／邋ｕｍｒ－Ａｉ邋＿站台逡逑＼逦／逦逦逦逦＇逦ｖ逦／逦逦／逡逑－邋＾逡逑图丨．１出入库作业过程图逡逑自动化立体仓库发展至今，其实现的功能从原始的单一存储，发展到现在的集存储、逡逑分拣、拣选等功能为一体的综合的存储平台。综合应用了计算机控制技术、运动控制技逡逑术、可编程逻辑控制技术等前沿技术Ｗ。其发展可归纳为以下几个过程：逡逑（１）

兰州交通大学硕士学位论文垛机的控制系统逡逑垛机的控制结构分析逡逑堆垛机的控制结构逡逑垛机作为自动化立体仓库中的搬运设备，而控制系统是堆垛机运动过程执。其控制系统主要包括仓储监控计算机、仓储调度计算机、交换机、控制系统、触摸屏、控制器（Ｓ７－３００ＰＬＣ）、变频器和执行机构等构成。堆垛构如图２．１所示：逡逑

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