基于滑模变结构的穿梭车牵引控制器设计与仿真.pdf

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1、第12期机械设计与制造2012年l2月MachineryDesign&Manufacture文章编号：1001—3997(2012)12一O111-03基于滑模变结构的穿梭车牵引控制器设计与仿真木顾兴标项前杨光辉管树林(1．东华大学机械工程学院，上海201620；2．精星仓储设备工程有限公司，上海201611)DesignandSimulationofTractionControllerinRGVBasedonSlidingModeControlGUXing—biao1,XIANGQian,YAN

2、GGuang-hui2,GUANShu-lin(1．CollegeofMechanicalEngineering，DonghuaUniversity，Shanghai201620，China；2．JingxingLogisticsEquipmentEngineering，Co．，Ltd，Shanghai201611，China)【摘要】设计提出了一种基于滑模控制的新型穿梭车牵引系统控制器模型。外环采用PI控制器实现速度调节，内环采用滑模控制器实现转矩调节，状态观测器对负载转矩进行间接测量用以实现转

3、矩补偿。滑模控制器的设计采用了指数趋近律和线J}生切换函数，在加速了趋近运动的同时简化了控制算法。仿真实验表明，引入了带有负载转矩补偿功能的滑模转矩控制器使系统抵抗大范围负载扰动的能力有了显著提升。关键词：穿梭车；滑模变结构；负载转矩补偿；鲁棒控制；Simulink仿真【Abstract】AnewsidingmodevariablestructurecontrolstrategyisproposedtoapplyinRGVtrac—tionsystem．TheouterloopusesPIcont

4、rollertorealizethespeedregulation．andinnerloopesslidingmodecontrollertoregulatetorquewithastateobserverofloadtorquefortorquecompensation．edesiguofslidingmodecontrollerii~esexponentialreachinglawandlinearswitchingfunctioninordertoacceleratereachingmove

5、mentsandsimplifythecontrolalgorithm．Simulationresultsshowthat,withloadtorquecon——pensationfunction，theslidingmodetorquecontrollermakesthatthecapabilityofsystemagainstawiderangeofloaddisturbancehasbeensiguifcantlyupgrade．KeyWords：RailGuidedVehicle；SIid

6、ingModeVariableStructureContrOl；TOrqueCompensa—tion；RobustControl；SimulinkSimulation中图分类号：TH16；TM571；TM922．74文献标识码：A结构简单、响应．陕速，特别适用于穿梭车这种负载转矩、干扰均较1引言大的控制场合121。有轨导引式穿梭车RGV(RailGuidedVehicle)作为新型柔性自动化搬运系统近年来在仓储物流行业中得到迅速发展。该系统一般将双列轨道安装于立体仓库的每层货架上，穿梭车上装有主

7、牵引和提升两大系统：提升系统能够将货物抬离导轨支撑面；牵引系统则使RGV沿轨道运送着货物穿梭于货架两端之间，如图1所示。为了保证货物能够被准确、高效地存放到指定货位，RGV牵引系统必须能够抵抗因载荷质量、系统加速度以及转动惯量等因素变化带来的负载转矩扰动，实现快速响应，平稳可靠，以满足其频繁的启动、制动、正反换向的控制要求。常规的PID控制对于系统内部特性的变化和外部扰动的影图1RGV穿梭车系统示意图Fig．1RGVRailGuidedVehicleSystemDiagram响都具有一定的抑制能力

8、，但是由于控制器参数是固定的，所以当内部参数摄动或者外部扰动的变化幅度很大时，系统的性能常2牵引系统常会大幅度下降，甚至不稳定；现代控制理论提出了自适应控制RGV牵引系统的传动机构，如图2所示。直流电机经联轴策略，然而因为控制算法复杂，硬件成本高等因素使自适应控制器、齿轮减速器将输出转矩放大后作用在驱动轴上，从而带动驱在工程应用中受到了限制。动轮转动。滑模变结构控制是对非线性不确定系统的一种有效控制方对传动机构采用速比折合的方法，将传动链上的各个部件法，通过切换函数使系统进入滑动模