基于模糊控制的堆垛机位置控制器设计

汪 凯

辽宁装备制造职业技术学院（沈阳 110161）

堆垛机的运行控制有它自身的特点，既在它运行的起止位置和终止位置具有不确定性。为了进一步改善堆垛机的控制性能，在现有堆垛机控制技术的基础上，把模糊控制技术引入到堆垛机位置控制中，并将模糊控制技术与 PID控制技术相结合，所设计的控制器结合了模糊控制和PID控制的优点。

1 模糊控制技术的引入

模糊控制是根据人的经验积累、感觉和逻辑判断。由此得到启发，将头脑中的经验加以总结，把根据经验所采取的相应措施总结成一条条控制规则，进而构筑一个控制器去代替人对复杂的生产过程进行控制。它适合解决系统要求有较高的精确性，而且系统的数学模型分析相当困难的问题。在堆垛机运行过程中，其运行目标是一个定值，而堆垛机与目的位置的距离和堆垛机的运行速度均是不断变化的数值，很难用一个数学公式表达，因此我们用模糊控制来解决这个问题，如图1所示。

图1 堆垛机的位置模糊控制系统原理框图

2 位置控制器设计

当堆垛机当前位置与目的地的距离小于给定值时，采用位置模糊PID控制器。

(1)精确量的模糊化

堆垛机距目的地的距离S、堆垛机运行速度V和变频器的控制频率，都是实数域上的变量。假定堆垛机水平运行时，当距离目的位置2.8 m时，由常规PI调节控制切换到Fuzzy-PID模糊控制。S的模糊集论域为15个等级即[0-14]，模糊量的语言值设为8档，即：S1、S2、…、S8。V与f的模糊集论域相同，都设定为8个等级即[O，7]，模糊量的语言值设为 5档即：V1(f1)，V2(f2)，V3(f3)，V4(f4)和 V5(f5)。量化因子 Ke=5，Kec=0.0477。输出控制语言变量选用变频器的控制频率，的档位，对应电动机的转速，所以Ku1=200。

当模糊控制器输入S、V的精确值后，根据量化因子 Ke，Kec计算出映射到整数论域的值S*、V*，按各自的隶属函数，可得到其模糊变量值完成模糊化。

(2)确定隶属函数及语言变量赋值表

位置模糊控制器的输入、输出变量的隶属度函数曲线。堆垛机运行速度V*和电动机的控制脉冲频率f*的隶属度函数曲线相类似。

(3)模糊控制规则的建立

在堆垛机位置模糊控制系统中，A、B和C分别是输入语言变量S*(堆垛机当前位置与目的位置的距离差)、V*(堆垛机的运行速度)和f*(变频器的控制频率)的模糊子集。堆垛机模糊位置模糊控制器的模糊控制规则表，如表1所示。

表1 模糊控制规则表

(4)模糊关系矩阵与解模糊

位置模糊控制器的模糊控制查询表如表 2所示。

表2 位置模糊控制器的模糊控制查询表

3 结论

在位置模糊控制系统中，通过测速器的检测得到电动机的转速反馈信号作为模糊控制器的一个输入，并通过转速及时间与位移的关系，推算出堆垛机运行的位移量，与位置给定相比较，即可得到堆垛机当前位置与目的位置的距离差S，作为模糊控制器的输入。

实践证明，根据堆垛机的实际控制要求，提高了堆垛机的工作效率，并且可消除系统的稳态误差和超调现象。但在实际应用中，由于堆垛机个体的差异，各控制参数应根据情况进行选择与调试。

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