[发明专利]堆垛机自适应模糊优化控制方法

说明书

技术领域：

本发明属于物流自动化领域，特别涉及的堆垛机运行速度优化控制的方法和技术。

技术背景：

堆垛机是自动化立体仓库系统中最重要的设备，堆垛机的工作效率是自动化立体仓库工作效率的瓶颈。提高堆垛机工作效率的关键是提高堆垛机的运行速度，但堆垛机的运行速度提高以后，会增大堆垛机运行时的振动和噪声，所以不能无限制的提高堆垛机的运行速度，必须限制堆垛机的最高运行速度。

目前，堆垛机的运行速度一般采取的是有级换挡调速的方法进行控制。即堆垛机具有几个固定的运行速度(一般是高、中、低速3种速度)，堆垛机启动和运行过程中使用恒定的高速运行，接近目标位置时将速度降为中速，快到目标位置时，为了能够停准货位，再将速度降为低速运行。

但这种调速方式存在几个问题，第一，堆垛机接近目标货位时，速度的变化不连续跳跃性比较大，对堆垛机产生很大的冲击，堆垛机运行速度越高，这种冲击越大。第二，堆垛机平稳运行时采用的是恒速，这种速度不大于堆垛机在任何状态下的最高允许速度。实际上，由于堆垛机的状态是不断变化的，不同的货物重量，不同的货位度，对应的堆垛机的最高允许速度是不一样的，而且区别很大，如载货重量很重货位很高时的允许速度就比载货重量很轻货位很低时的允许速度小很多。为了控制的简单化，堆垛机的运行速度一般是恒定的，并且不能大于载货重量很重货位很高时的允许速度，这样就限制了堆垛机的运行速度。

目前在堆垛机控制技术方面开展了一些研究工作。例如周克良使用模糊控制的方法来优化PID控制器的3个参数，使堆垛机在某一给定速度控制的比较稳定，也就是说堆垛机还是使用单一的速度运行的；张欣考虑堆垛机运行时的三个阶段存在速度阶跃的问题，将模糊控制用于速度设定的平滑过度，没有考虑堆垛机如何根据运行时的高度和载重等状态实时改变运行速度的问题，没有考虑堆垛机运行过程时速度优化问题；张建荣研究了堆垛机的精确定位的问题，使用模糊预测控制方法代替传统的PID算法，并比较了两种方法的控制效果，并没有提出堆垛机的速度优化问题。

本发明研究了堆垛机载货重量、载货高度与堆垛机最高允许速度的关系。同时考虑堆垛机启动和停止时速度变化的平稳性和货位定位的精确性。提出了堆垛机自适应模糊优化控制的方法，实现了堆垛机的运行速度的自适应优化控制，提高了堆垛机的工作效率。

发明内容

本发明分析了堆垛机最高允许速度与堆垛机运行时的载货高度、载货重量的关系，分析了堆垛机启动和停止定位时的速度控制要求，提出了如何进一步提高堆垛机运行速度的一种方法，提出了堆垛机自适应模糊优化控制的方法，实现了堆垛机的运行速度的自适应优化控制，实现了堆垛机的无级平稳调速，堆垛机可以根据自身的状态(如高度、载重、启停等)，实时变化其运行速度，使其始终运行在高效、平稳、可靠的最佳状态下，提高了堆垛机的速度控制的自适应性和智能性，提高了堆垛机的工作效率。模糊控制的核心是模糊变量隶属度函数的设计以及模糊控制规则的设计，没有好的隶属度函数和模糊推理控制规则，模糊控制器不会产生连续可靠的输出，控制平稳性会很差，达不到控制效果。本专利给出了堆垛机模糊控制的详细的模糊控制规则和隶属度函数的设计，并给出了模糊控制的控制效果图，设计了堆垛机速度控制系统的硬件结构和控制原理，并给出了一种在PLC中实现自适应模糊优化控制的实现方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：堆垛机运行时的振动量跟堆垛机的载货重量、载货高度、运行速度、堆垛机运行加速度有关。也就是说在震动量一定的情况下，堆垛机的最高允许速度与堆垛机载货重量、载货高度、启动制动状态等有关。对于相同的载货重量和运行速度，载货高度越高，堆垛机的重心越高，运动时产生的力矩越大，立柱的变形越大，堆垛机的震动量越大。所以对于相同的载货重量，在给定的震动范围内，堆垛机的载货高度越高，其最高允许速度越小。

对于相同的载货台高度和运行速度，载货重量越大，轮子与轨道的摩擦力越大，堆垛机的震动量越大，其允许的最高速度将越小。堆垛机启动过程中，速度应该逐步提高，减少对堆垛机的冲击；堆垛机接近目标货位时，速度应该逐步减少，定位准确时，速度减为0，尽量减少对堆垛机的冲击。

通过上面的分析可知，对于高速堆垛机的运行速度控制应该做到如下几点：

1)堆垛机的速度尽量快；

2)堆垛机的速度变化尽量平滑；

3)不同载货高度采用不同的运行速度

4)不同载货重量采用不同的运行速度

5)启动过程速度逐步提高

6)货位对准过程速度逐步降低