基于模糊控制的堆垛機位置控制器設計

汪 凱

遼寧裝備制造職業技術學院（沈陽 110161）

堆垛機的運行控制有它自身的特點，既在它運行的起止位置和終止位置具有不確定性。為了進一步改善堆垛機的控制性能，在現有堆垛機控制技術的基礎上，把模糊控制技術引入到堆垛機位置控制中，并將模糊控制技術與 PID控制技術相結合，所設計的控制器結合了模糊控制和PID控制的優點。

1 模糊控制技術的引入

模糊控制是根據人的經驗積累、感覺和邏輯判斷。由此得到啟發，將頭腦中的經驗加以總結，把根據經驗所采取的相應措施總結成一條條控制規則，進而構筑一個控制器去代替人對復雜的生產過程進行控制。它適合解決系統要求有較高的精確性，而且系統的數學模型分析相當困難的問題。在堆垛機運行過程中，其運行目標是一個定值，而堆垛機與目的位置的距離和堆垛機的運行速度均是不斷變化的數值，很難用一個數學公式表達，因此我們用模糊控制來解決這個問題，如圖1所示。

圖1 堆垛機的位置模糊控制系統原理框圖

2 位置控制器設計

當堆垛機當前位置與目的地的距離小于給定值時，采用位置模糊PID控制器。

(1)精確量的模糊化

堆垛機距目的地的距離S、堆垛機運行速度V和變頻器的控制頻率，都是實數域上的變量。假定堆垛機水平運行時，當距離目的位置2.8 m時，由常規PI調節控制切換到Fuzzy-PID模糊控制。S的模糊集論域為15個等級即[0-14]，模糊量的語言值設為8檔，即：S1、S2、…、S8。V與f的模糊集論域相同，都設定為8個等級即[O，7]，模糊量的語言值設為 5檔即：V1(f1)，V2(f2)，V3(f3)，V4(f4)和 V5(f5)。量化因子 Ke=5，Kec=0.0477。輸出控制語言變量選用變頻器的控制頻率，的檔位，對應電動機的轉速，所以Ku1=200。

當模糊控制器輸入S、V的精確值后，根據量化因子 Ke，Kec計算出映射到整數論域的值S*、V*，按各自的隸屬函數，可得到其模糊變量值完成模糊化。

(2)確定隸屬函數及語言變量賦值表

位置模糊控制器的輸入、輸出變量的隸屬度函數曲線。堆垛機運行速度V*和電動機的控制脈沖頻率f*的隸屬度函數曲線相類似。

(3)模糊控制規則的建立

在堆垛機位置模糊控制系統中，A、B和C分別是輸入語言變量S*(堆垛機當前位置與目的位置的距離差)、V*(堆垛機的運行速度)和f*(變頻器的控制頻率)的模糊子集。堆垛機模糊位置模糊控制器的模糊控制規則表，如表1所示。

表1 模糊控制規則表

(4)模糊關系矩陣與解模糊

位置模糊控制器的模糊控制查詢表如表 2所示。

表2 位置模糊控制器的模糊控制查詢表

3 結論

在位置模糊控制系統中，通過測速器的檢測得到電動機的轉速反饋信號作為模糊控制器的一個輸入，并通過轉速及時間與位移的關系，推算出堆垛機運行的位移量，與位置給定相比較，即可得到堆垛機當前位置與目的位置的距離差S，作為模糊控制器的輸入。

實踐證明，根據堆垛機的實際控制要求，提高了堆垛機的工作效率，并且可消除系統的穩態誤差和超調現象。但在實際應用中，由于堆垛機個體的差異，各控制參數應根據情況進行選擇與調試。

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