基于串级pid控制技术的堆垛机控制器的设计

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1、基于串级PID控制技术的堆垛机控制器的设计DesignofStorage/RetrievalMachinecontrollerbasedonseriesPIDcontrolalgorithm摘要：本文从提高堆垛机作业系统的工作效率和可靠性的角度出发，利用串级控制原理和积分分离的PID算法，建立了堆垛机串级PID变频调速控制系统，避免了速度扰动的影响，实现了堆垛机的快速精确定位控制，提高了系统运行的稳定性和可靠性。关键词：串级控制PID算法速度控制位置控制Abstract:Fromtheviewofimprovingthe

2、workefficiencyandreliabilityofStorage/RetrievalMachine,TheseriesPIDfrequencyconversionmotorspeedRegulatingSystemofStorage/RetrievalMachineisdeveloped,byusingtechniquesofseriesPID.Itavailablyavoidsthenegativeeffectofspeeddisturbance.ThetimeofWareallocationisshorte

3、randitsprecisionishigher.ThestabilityandreliabilityofAutomatedStorageandRetrievalsystemarealsoevidentlyimproved.Keyword:seriescontrolPIDalgorithmspeedcontrolpositioncontrol0引言目前，物流系统中的大多自动化立体仓库的堆垛机控制采用的是闭环恒速控制或闭环变频调速控制方案来实现堆垛机的控制。在这些控制方案中，均以输出速度为理想值，而没有考虑速度在外部和内部

4、因素的影响下将出现扰动现象。如果输出速度在扰动的作用下偏离理想值，得不到及时的校正，将产生堆垛机的蠕动和抖动现象，降低系统定位精度和定位效率，甚至造成定位错误等故障。基于此，本文在考虑位置因素影响的同时，兼顾速度因素的影响提出了堆垛机的串级控制方案。所谓串级控制是在单回路PID控制的基础上发展起来的一种控制技术。当PID控制应用于单回路控制一个被控制量时，其控制结构简单，控制参数易于整定。但是，当系统中同时有几个因素影响同一个被控制量时，如果只控制其中一个因素，将难以满足系统的控制性能要求。串级控制针对上述情况，在原控制

5、回路中，增加一个或几个控制副回路，用以控制可能引起被控量变化的其他因素，从而有效地控制了被控对象的时滞特性，提高了系统动态响应的快速性。1堆垛机串级控制系统模型的建立堆垛机控制系统，其控制目的是使堆垛机快速准确定位，以提高仓库效率。假如堆垛机的运行速度是恒定的，堆垛机的位置坐标值就对应着一定的时间，这时为了实现堆垛机的准确定位，在堆垛机运行过程中只需测量它的实际坐标位置，并与位置目标设定值进行比较；利用二者的偏差以PID控制规律控制堆垛机进行定位即可。实际上，如果运行速度设置较大，满足了运行快速性，但在定位时由于惯性的影

6、响产生抖动现象，造成定位控制滞后；如果运行速度设置较小，虽然避免了抖动现象，但不能满足运行快速性。为了满足堆垛机的快速准确定位，需要进行变速运行。但又为了避免系统外界和内部因素对输出速度的扰动作用。因此，在堆垛机位置控制主回路中增加了速度控制副回路，构成串级控制结构，如图1所示。图1：堆垛机位置速度的串级控制结构图中主控制器和副控制器分别表示位置调节器和速度调节器的传递函数。2控制系统的算法根据图1，用PLC实现和时，PLC串级控制系统如图2所示，图中的和是由PLC实现的PID数字控制器，H（S）是零阶保持器，T为采样周

7、期。考虑到堆垛机实际的工作情况，采用积分分离的PID算法，即在被控制量开始跟踪时，取消积分作用，以避免因严重的积分饱和现象而造成的很大的超调和长时间的振荡；而当被控制量接近给定值时，才利用积分作用，以消除静差，提高控制精度。其计算顺序为：（1）计算主回路的偏差；（2）计算主回路控制器的输出；根据增量式得：当时：当时：式中：为位置比例增益；为位置积分系数；为位置微分系数。（3）计算副回路的偏差；（4）计算副回路控制器的输出；根据速度式得：当时：当时：式中：为速度比例增益；为速度积分系数；为速度微分系数。3系统的设计堆垛机控

8、制系统的硬件包括可编程控制器(PLC)、认址片和读址器、旋转编码器、变频器、D/A模块、高速可逆计数器模块、运行机构等组成。其组成框图如3所示。旋转编码器运行机构图3堆垛机控制系统原理图位置检测速度检测PLC控制器变频器读址器电机工作原理为：PLC得到目标位置坐标后，与自身现处位置坐标进行比较，利用位置PID算法，得