ITAE最优设计方法在行车控制系统中的应用

尚亚锐，马胜毅，尹绍清

（1.西北工业大学 明德学院，西安 710124；2.西安优势环境专业设备有限公司，西安 710065）

1 技术要求

某车间行车空间高度10米，水平运物距离20米，吊运重物升降速度规定为0.2～2米/分钟，天车水平运行速度规定为0.2～3米/分钟。速度根据情况设定。动态过程为：超调σ%=0，调节时间ts≤2秒，行车上装有升降电动机一台，水平电动机一台，行程两端设置有接近开关，电动机带有制动器，其运行示意图如图1所示。

图1 天车吊运重物示意图

2 运行过程

当天车位于左端起始位置x=0，y=0，水平电动机制动器工作，行车固定在左端不动，升降电动机制动器工作吊钩不动。当接通升降电动机电枢电压Ury+，制动器松开，电动机转动（设为逆时针方向），匀速放下吊钩，直到接近开关K5接通，电动机停转，制动器工作，在30秒内挂上重物，然后自动接通电动机电枢电压Ury-，制动器松开，电动机顺时针方向转动将重物升至x=0处，接近开关K3接通，断开电动机电枢电压Ury-，制动器工作，电动机停转，重物位于左上方。此时自动给水平电动机加电压Urx+，制动器松开，水平电动机驱动天车载着重物匀速向右运动，直到最右端接近开关K2接通，电动机停止。小车固定在x=xmax位置，接着给升降电动机接通电源Ury+，电动机匀速将重物下将，直到K6接通，电动机停转等待30秒，将重物取下运走，然后给升降电动机Ury-，电动机将吊钩升至y=0处，K4接通，升降电动机停转，接着自动接通水平电动机电源Urx-，使小车向左匀速运动直到左端停下。

3 校正装置设置

设行车水平运动控制系统结构如图2所示。

图2 天车水平运动控制系统结构图

求出开环传递函数

未校正系统的开环传递函数为：

4 仿真计算的的响应特性

4.1 不加干扰力矩

当行车运行时，不加干扰力矩（行车空载）的simulink仿真图如图3所示，其单位阶跃响应曲线如图4所示。

图3 不加干扰力矩的simulink仿真图

图4 不加干扰力矩的单位阶跃响应图

4.2 加干扰力矩

当行车运行时，加干扰力矩（行车进行运物）的simulink仿真图如图5所示，其单位阶跃响应曲线如图6所示。

图5 加干扰力矩的simulink仿真图

图6 加干扰力矩的单位阶跃响应图

5 结论

从图4和图6可以看出，行车运物系统通过ITAE最优传递函数方法设计后，行车的运行不受运载物体的形状、大小、重量的影响，达到预期平稳运行的效果。

[1] 胡寿松.自动控制原理[M].北京:科学出版社.2007.

[2] 陈隆昌,阎志安,刘新正.控制电机[M].西安:西安电子科技大学出版社.2000.

[3] 钟肇新,彭侃.可编程控制器原理及应用[M].广州:华南理工大学出版社.1994.