移动设备速度曲线功能块的建立

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摘要：随着物料搬运设备在越来越多的生产、仓储行业的运用，在生产中对设备的稳定性、可靠性及高效性要求越来越高。在物流设备中，很多核心设备是移动设备，移动设备的稳定性、可靠性及高效性在很多生产线上成为了生产线高效稳定运行的关键，因此对移动设备的稳定性、可靠性及高效性的要求越来越高。通过多年对堆垛机、穿梭车运动控制的研究，不断对国内外先进技术的跟踪，以及物流设备行业发展趋势的展望，移动设备的控制思路发生了变化。移动设备的稳定性、可靠性和高效性很大程度上是由驱动控制决定的，驱动控制的关键是对速度曲线的控制，速度曲线数学模型的选择及建立决定了移动设备的运行效率、稳定性及可靠性。因此，移动设备速度控制曲线数学模型的选择及依据数学模型编制适应工程需要的标准程序功能块成为了移动设备控制研究的重点。

关键词：曲线；移动设备；数学模型；控制

中图分类号：TH246 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）26-0057-02

1 移动设备速度曲线功能块方案规划

方案规划是依据模块化设计，提升其通用性，以适用于多种运动设备目的而进行的。

方案规划主要包括以下事项：选择数学模型，评估数学模型的特性、适用性、实现的可能性。

数学模型工程化，依据工程化的数学模型进行理论仿真。

依据理论仿真结果依托堆垛机进行工程化验证，进行程序封装初级架构。

依托堆垛机、穿梭车的各种使用方式及对速度控制的要求规划速度曲线功能块的功能需求。

依据工程化数学模型、程序封装初级装架构、功能需求按照模块化的要求编制程序，依托堆垛机、穿梭车项目进行程序功能块的实际验证。

依据项目验证的结果，考虑程序的通用性、扩展性确定程序封装的最终架构。

2 移动设备速度曲线功能块方案

2.1 数学模型

通过以上分析，决定采用“SIN函数过滤的速度曲线运动方程”方程。

2.3 数学模型工程化

选定数学模型后，要在设备实际控制中使用，必须对数学模型工程化，否则很难达到实用化。

2.3.1 控制对象及输入、输出条件分析

控制对象：移动设备的控制主要控制对象是驱动，驱动的控制主要是控制电机的转速及电机电流。

输入条件：移动设备的位移是通过位移传感器检测。

输出条件：通过控制驱动的速度来实现移动设备的位移准确。

根据对控制对象及输入、输出条件的分析，位移检测是输入条件，速度是控制对象，输出条件是通过控制驱动的速度来实现移动设备的位移准确，因此需要根据方程中位移、速度、加速度间的关系替换时间t变换方程的表达形式，使方程符合控制对象及输入、输出条件，且方程中各输入输出条件需统一计量单位后，完成数学模型的工程化。

2.3.4 数学模型工程化后进行仿真

数学模型工程化后需进行仿真验证，仿真结果通过图表表示。通过对仿真数据的分析，可以在理论上验证工程数学模型的正确性、可行性；通过对仿真数据的分析，可以在工程数学模型的基础上初步摸索对曲线产生影响的因素；通过仿真，可以初步归纳出数学模型的输入、输出条件为程序的封装做准备。

2.3.5 工程验证，进行程序封装的初步架构

①经过仿真验证，确认数学模型的适用性后，依托堆垛机、穿梭车进行控制程序的编制，进行工程化验证。通过工程化验证，可以检验数学模型控制的效果和作用；通过工程化验证，可以对整个设备使用的条件下制约控制效果的因素有个初步的了解，可以继续优化数学模型；通过工程化验证，进一步明确数学模型中对曲线产生影响的因素的重要性，对程序的封装有个初步认识；

②通过工程化验证后，可以在组织程序架构时提取对控制产生影响的重要因素，并参数化。在总结了输入、输出条件、必要参数、重要参数，在分析控制风险的基础上，确立程序封装的初级架构。程序封装的初步架构由于是在数学模型的基础上经过工程验证架构的，因此可以说是整个程序功能块的内核，是数学模型工程化的直接体现。

2.3.6 规划速度曲线功能块的功能需求

由于工程化验证仅仅是对数学模型的验证，并没有考虑实际应用中堆垛机、穿梭车的各种使用方式及对速度控制的不同要求，因此在工程化验证阶段，仅仅只能确立数学模型的适用性。

①堆垛机、穿梭车对速度控制的需求：紧急停止、手动操作、停位控制、端头限速、变加速度、速度曲线的自动计算。

②依据以上堆垛机及穿梭车对控制曲线的需求，需要对经过初级架构的程序功能块进行扩展。依据堆垛机、穿梭车的使用方式需扩展标志限速、固定段限速功能；依据堆垛机、穿梭车对速度控制的需求扩展急停曲线、手动高低速、直接停位和爬行停位、标志限速、变加速度等功能。以上需求及速度控制由速度曲线的自动计算。

2.3.7 按需求编程，并实施项目验证

依据需求和经过工程化验证的数学模型，规划程序架构及功能块的输入、输出接口，并考虑参数的安全性，决定参数的输入、输出形式，编制控制程序。

依托堆垛机及穿梭车项目，进行移动设备程序功能块的验证，重点验证程序的适用性、通用性、安全性、可靠性及功能的扩展性。并依据项目中使用的情况进行程序的完善。

2.3.8 程序封装最终架构

通过以上几个步骤，并在项目中进行验证后，对程序进行最终的封装和架构。

①考察各种不同的封装形式，如变频器、PLC、集成电路等的软件封装方式。

②查阅相关的程序编制的标准，参考标准中的建议和要求。

③考虑程序的功能性、扩展性、通用性、安全性。

④进行结构化编程，参数按其重要程度进行分级，明确接口的形式和方法。

⑤完成程序封装最终架构后，编制相应的文档，明确程序功能块的使用范围、要求和方法。

3 结 语

通过对运动曲线控制功能块进行编制和验证，可以显著降低移动设备开发和调试的时间，提高系统的安全性、可靠性。

开发高加减速的移动设备及开发减震控制技术，对运动曲线的要求是比较高的，可以说运动曲线是开发高加减速的移动设备及减震控制技术的基础，因此对运动控制曲线的研究及开发是很必要并有前瞻性的。

参考文献：

[1] 吕全海.堆垛机速度优化控制研究[J].职业,2010,(33).