【正文】 可靠地進(jìn)行信息傳輸，能夠控制堆垛機(jī)的高速運(yùn)行。堆垛機(jī)從零點(diǎn)出發(fā)，依次到達(dá)n個(gè)貨位點(diǎn)，且每個(gè)貨位點(diǎn)不重復(fù)經(jīng)歷，最終回至零點(diǎn)。生成任務(wù)單并添加至指令隊(duì)列。這種作業(yè)方式適用于多任務(wù)操作的系統(tǒng)。堆垛機(jī)根據(jù)系統(tǒng)計(jì)算的倉位目的位置，到達(dá)倉位，將貨物放下。通過對(duì)仿真結(jié)果的分析表明，蟻群算法對(duì)于本FMS的調(diào)度效果最好。Q為常數(shù)，L為螞蟻k在循環(huán)一次時(shí)所走的路徑的長(zhǎng)度。 遺傳調(diào)度算法流程圖 仿真結(jié)果分析基于MATLAB軟件平臺(tái)對(duì)上述遺傳調(diào)度算法進(jìn)行研究。為了得到最優(yōu)解，保證在取出的一批任務(wù)內(nèi)，每個(gè)任務(wù)貨單、堆垛機(jī)所經(jīng)過的貨位、出入庫站臺(tái)都是隨機(jī)的，假設(shè)：l 堆垛機(jī)存取貨物時(shí)，在水平和垂直方向?yàn)閯蛩龠\(yùn)動(dòng)，忽略其制動(dòng)過程和啟動(dòng)過程[35]。依照概率選擇下一狀態(tài)，通過對(duì)所獲信息進(jìn)行評(píng)價(jià)，逐步構(gòu)造問題的可能的解。在進(jìn)化的過程中，有性生殖的重要作用是保證后代的基因混合與重組。l 短任務(wù)優(yōu)先調(diào)度策略短任務(wù)優(yōu)先調(diào)度策略就是對(duì)作業(yè)時(shí)間短的任務(wù)，優(yōu)先進(jìn)入任務(wù)隊(duì)列，因此，堆垛機(jī)總是被任務(wù)隊(duì)列中的最短任務(wù)所占用。自動(dòng)化物流系統(tǒng)在90年代后進(jìn)入了迅猛發(fā)展的時(shí)期，并且伴隨著多家企業(yè)、科研院校以及高等院校的開發(fā)研究，自動(dòng)化立體倉庫也得到了很快的發(fā)展。l 出庫臺(tái)和入庫臺(tái)。本章就是基于TSP模型尋找最優(yōu)調(diào)度算法，使路徑最短。本文研究了堆垛機(jī)的高精度定位，對(duì)堆垛機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，建立速度控制模型，利用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。當(dāng)次品出庫后，小車到出庫線的機(jī)械手臂處，由機(jī)械手臂將托盤吸住，放置到小車上面。用戶可以根據(jù)自己的需要，對(duì)需要進(jìn)行移庫的貨物進(jìn)行選址。l 輔助工具，有夾具以及清潔刷等。皮帶輸送線利用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，可采用電磁調(diào)速或變頻調(diào)速方式進(jìn)行線體速度在設(shè)計(jì)調(diào)速范圍內(nèi)的連續(xù)任意調(diào)節(jié)。堆垛機(jī)的高精度定位、速度控制采用先進(jìn)的變頻技術(shù)和雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。改進(jìn)了堆垛機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)堆垛機(jī)的快速定位和更好的速度控制。因此，它的發(fā)展已經(jīng)成為了一個(gè)企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。因此21世紀(jì)初在我國(guó)FMS開始全面流行[4]。1967年，英國(guó)莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系統(tǒng)24”。柔性制造系統(tǒng)具有部分生產(chǎn)管理和加工制造的功能，能夠進(jìn)行機(jī)械加工、裝配和質(zhì)量檢驗(yàn)、毛坯制造等，可以有效地提高企業(yè)的生產(chǎn)和管理效益。分類號(hào) 密級(jí) UDC注1 學(xué) 位 論 文基于固高FMS的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（題名和副題名）指導(dǎo)教師姓名 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別 碩士 專業(yè)名稱 控制理論與控制工程 論文提交日期 論文答辯日期 學(xué)位授予單位和日期 答辯委員會(huì)主席 評(píng)閱人 2010 年 5月24日注1：注明《國(guó)際十進(jìn)分類法UDC》的類號(hào)。80年代中期使用的FMS，基本上只是用于切削加工，少部分應(yīng)用于沖壓和焊接，而現(xiàn)在的FMS已經(jīng)成為了在批量切削加工中以先進(jìn)的自動(dòng)化和高水平的柔性為目標(biāo)的制造系統(tǒng)。其主要設(shè)備是六臺(tái)模塊化結(jié)構(gòu)的多任務(wù)序數(shù)控機(jī)床，目的是在無人看管的條件下，實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的困難而未全部建成。今天，真正成規(guī)模的FMS并不多，但FMS的構(gòu)想已經(jīng)得到了大家的肯定。一個(gè)好的FMS控制系統(tǒng)需要綜合多種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，包括專家系統(tǒng)、智能傳感器技術(shù)、模糊控制技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，才能更好的發(fā)揮FMS的優(yōu)勢(shì)。第五章 FMS的綜合運(yùn)行。運(yùn)行起升機(jī)構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)編碼器和光電定位伸叉。本系統(tǒng)中的皮帶在線安裝了3個(gè)歐姆龍光電感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)托盤經(jīng)過這些開關(guān)的時(shí)候，光電感應(yīng)開關(guān)可以檢測(cè)到信號(hào)，并反饋給系統(tǒng)，然后根據(jù)中央控制計(jì)算機(jī)設(shè)定的虛擬工位停留的時(shí)間控制皮帶線停下。移庫操作基本都是發(fā)生在一個(gè)巷道內(nèi)。然后小車接受到PLC發(fā)來的信號(hào)沿鋪設(shè)好的路線行至倉庫后貨物。實(shí)驗(yàn)仿真了不同的PID參數(shù)下的電流和速度圖形。實(shí)踐表明，揀選作業(yè)可提高自動(dòng)化立體倉庫的工作效率。貨物在入庫前先在入庫臺(tái)等待巷道堆垛機(jī)的取貨入貨；貨物在出庫時(shí)先被巷道堆垛機(jī)從貨架上取出，通過輸送系統(tǒng)運(yùn)送到出庫站臺(tái)上等待運(yùn)出。1992年清華大學(xué)建成了我國(guó)第一個(gè)CIMS環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)工程物流系統(tǒng)，中科院沈陽自動(dòng)化研究所開發(fā)研制了電磁導(dǎo)引自動(dòng)車[15]。該策略的缺點(diǎn)是對(duì)長(zhǎng)作業(yè)任務(wù)不利，在短任務(wù)總是優(yōu)先的情況下，長(zhǎng)任務(wù)總是被放置到最后，而不考慮它進(jìn)入任務(wù)隊(duì)列的時(shí)間[23]。到八十年代末期，隨著生物學(xué)的發(fā)展，由密歇安大學(xué)的Holland[28,29]等人取得了傳統(tǒng)方法上難以比擬的效果。并最終找到所求問題的最優(yōu)解[33]。l 堆垛機(jī)對(duì)任何貨物的存取速度是一定的，不會(huì)因存取順序的不同而改變[36]。(a) NC=200 (b) NC=400 (c) NC=600 (d) NC=800 遺傳算法優(yōu)化調(diào)度仿真結(jié)果（參數(shù)：Pc=；Pm=）圖中的虛線是種群的變化曲線，實(shí)線是種群產(chǎn)生的下一代的變化曲線。第一步：編碼采用符號(hào)編碼中的序號(hào)編碼方法，這是一種最自然的編碼方式。4 柔性制造系統(tǒng)主要功能模塊的設(shè)計(jì)固高FMS的控制系統(tǒng)分為立體倉庫管理系統(tǒng)、加工系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和系統(tǒng)管理這四個(gè)部分。最后，堆垛機(jī)上的傳感器采集信號(hào)，系統(tǒng)根據(jù)該信號(hào)控制堆垛機(jī)完成任務(wù)。對(duì)于復(fù)雜作業(yè)的研究，包括以下三個(gè)方面：一鍵入庫、一鍵出庫和揀選作業(yè)。同時(shí)將任務(wù)單信息保存至自定義的類中。由此可見，揀選作業(yè)調(diào)度問題本質(zhì)上是求取堆垛機(jī)最短運(yùn)行路徑的問題。l 保護(hù)功能：為了保證堆垛機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行安全，系統(tǒng)中需要多種保護(hù)措施，第一是軟限位，第二是硬限位，第三是橡膠擋塊。因此通過對(duì)旋轉(zhuǎn)編碼器的轉(zhuǎn)角的轉(zhuǎn)換，可以得到堆垛機(jī)的相對(duì)運(yùn)行位置。位置環(huán)的作用是根據(jù)采樣回來的位置偏差來發(fā)出指令調(diào)節(jié)電機(jī)速度，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精確定位和回零；速度環(huán)和電流環(huán)分別在速度控制模式和轉(zhuǎn)矩控制模式下發(fā)揮作用[42,43]，因此在運(yùn)動(dòng)控制器采用的速度控制模式中，主要由速度環(huán)和位置環(huán)構(gòu)成雙閉環(huán)。 (a) kp=0，ki=0，kd=0 (b) kp=10，ki=0，kd=5(c) kp=8，ki=5，kd=30 (a) kp=30，ki=0，kd=0 (b) kp=10，ki=0，kd=5 (c) kp=8，ki=5，kd=30 跟蹤目標(biāo)位置曲線 最佳參數(shù)下的速度曲線經(jīng)過多次仿真后，改變PID參數(shù)的原則是先調(diào)內(nèi)環(huán)（速度環(huán)），再調(diào)外環(huán)（位置環(huán)）。 控制器流程圖，控制器需要設(shè)定的參數(shù)有目標(biāo)位置、目標(biāo)速度和目標(biāo)加速度以及計(jì)算周期[56]，各變量之間關(guān)系見式 () 。(c)所示，可以看出，跟蹤曲線基本沒有誤差，可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的雙閉環(huán)控制，記錄此時(shí)的PID參數(shù)為，Kp=8，Ki=5，Kd=30。速度控制器中采用了PID調(diào)節(jié)器加數(shù)字濾波器，主要是用于計(jì)算控制輸出信號(hào)，采用速度和加速度前饋，即PID+濾波器。l 激光測(cè)距定位近年來，一種新的可用于巷道堆垛機(jī)行走方向上精確定位的新技術(shù)—激光測(cè)距技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)堆垛機(jī)碰到軟限位時(shí)，不會(huì)造成系統(tǒng)掉電。采用蟻群算法進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度具有較好的效果，因此系統(tǒng)揀選操作中使用了蟻群算法來生成任務(wù)單。 一鍵入庫功能的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜作業(yè)功能，要對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的信息傳遞有清楚的認(rèn)識(shí)，信息傳遞主要存在于終端控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間。 單任務(wù)入庫作業(yè)的程序流程圖 單任務(wù)出庫管理系統(tǒng)出庫功能跟入庫功能類似，首先也要設(shè)置出庫信息，包括出庫物料名稱，出庫的貨位號(hào)。 FMS體系結(jié)構(gòu)圖針對(duì)原系統(tǒng)存在的缺陷和不足，本文設(shè)計(jì)開發(fā)了立體倉庫管理系統(tǒng)中的倉儲(chǔ)作業(yè)模塊、監(jiān)控系統(tǒng)中的信息管理模塊、堆垛機(jī)控制模塊，并對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控界面進(jìn)行改進(jìn)。 蟻群調(diào)度算法流程圖 仿真結(jié)果分析。此時(shí)，即取得最優(yōu)路徑。 算法設(shè)計(jì)第一步：編碼采用符號(hào)編碼中的序號(hào)編碼方法，這是一種最自然的編碼方式。蟻群算法的步驟如下：step1 參數(shù)初始化，包括選定螞蟻個(gè)數(shù)，螞蟻個(gè)數(shù)即為所考慮的貨位的個(gè)數(shù)；step2 循環(huán)次數(shù)加1；step3 螞蟻的禁忌表索引號(hào)k=1；step4 對(duì)k加1；step5 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概念公式計(jì)算個(gè)體的概率，然后選擇下一步該走的地點(diǎn)并前進(jìn)；step6 修改禁忌表指標(biāo)，即選擇好之后將螞蟻移動(dòng)到新的頂點(diǎn)(城市)，并把該頂點(diǎn)(城市)移動(dòng)到該螞蟻個(gè)體的禁忌表中；step7 如果所有的城市未遍歷完，則重復(fù)step4；step8 更新信息量；step9 結(jié)束條件：若滿足，則輸出結(jié)果；若不滿足，則重復(fù)step2。Grenfenstette等提出了把遺傳算法（Genetic Algorithms，GA）應(yīng)用于TSP問題，GA能利用具體問題的基因算子以得到更優(yōu)的解[31]。最短空閑時(shí)間優(yōu)先策略(LSF)[24]，是指任務(wù)的空閑時(shí)間最短的作業(yè)優(yōu)先進(jìn)入任務(wù)隊(duì)列。目前，自動(dòng)化倉庫已經(jīng)進(jìn)入了智能儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)階段[16]。l 輸送系統(tǒng)。類似于一個(gè)典型的TSP問題，立體倉庫中需進(jìn)行揀選作業(yè)的貨位可看作旅行商所要到達(dá)的城市。l 倉庫信息管理系統(tǒng)：在原系統(tǒng)中，無法實(shí)現(xiàn)查詢打印報(bào)表的功能，只能夠?qū)崿F(xiàn)入/出庫操作過程中簡(jiǎn)單的資料統(tǒng)計(jì)。 系統(tǒng)改進(jìn)方向高效率的控制系統(tǒng)可以提高生產(chǎn)效率和倉儲(chǔ)的自動(dòng)化水平，控制系統(tǒng)就相當(dāng)于FMS的大腦，其性能的好壞決定了FMS系統(tǒng)的優(yōu)劣。 調(diào)庫功能調(diào)庫模塊可以實(shí)現(xiàn)倉庫中兩個(gè)不同貨位上物品的位置轉(zhuǎn)換。從圖中可以看出系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能，下面作詳細(xì)介紹。 AGV輸送系統(tǒng)自動(dòng)導(dǎo)引車輛(Automated Guided Vehicle，簡(jiǎn)稱AGV)是一種無人操縱的自動(dòng)化運(yùn)輸設(shè)備，它能承載一定的重量在出發(fā)地和目的地之間進(jìn)行自主駕駛、自動(dòng)運(yùn)行，是自動(dòng)化物流運(yùn)輸系統(tǒng)、柔性生產(chǎn)組織系統(tǒng)的核心裝置[6]。堆垛機(jī)的特性：l 安全性：硬件限位、軟件限位和碰撞緩沖擋塊三層保護(hù)保證了設(shè)備的安全運(yùn)行。第六章 總結(jié)與展望。本文主要基于原設(shè)備硬件系統(tǒng)，對(duì)部分控制模塊和系統(tǒng)管理軟件進(jìn)行研究和改進(jìn)設(shè)計(jì)，具體包括堆垛機(jī)控制系統(tǒng)、立體倉庫調(diào)度算法、作業(yè)管理系統(tǒng)等。FMS兼顧了生產(chǎn)率和靈活性，因此它具有生命力，從而得到了廣泛的使用。森斯特蘭公司建成Omniline I系統(tǒng)，它由八臺(tái)加工中心和兩臺(tái)多軸鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機(jī)床間傳送和進(jìn)行加工。柔性制造是在計(jì)算機(jī)支持下，能適應(yīng)加工對(duì)象變化的制造系統(tǒng)。與我一同工作的同事對(duì)本學(xué)位論文做出的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明。關(guān)鍵詞：FMS，自動(dòng)化立體倉庫，蟻群算法，堆垛機(jī)控制系統(tǒng)67AbstractFlexible Manufacturing Systems(FMS) is the automation system cored on puter control, which can be employed to acplish multiple tasks such as production, processing, storage of the products and so on. With the development of science and technology, FMS is widely applied in manufacture. In order to make students facile understand and then prehend the organization and control modus of real industrial equipment, a set of FMS system from Gugao pany has been introduced here to show how it works. Based on the hardware of the system, this thesis focuses on the research on analyzing and substantially improving the storage of current input estimation algorithm. The main contents of the thesis are as follows:(1) Job scheduling: The plex job scheduling function of Management System was designed, which includes some automation task and the picking function. It can also plete the multiple tasks at the same time and greatly improve the efficiency of the system.(2) Algorithm of the system: The new selecting function