【正文】 存在于終端控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構之間。采用蟻群算法進行優(yōu)化調度具有較好的效果，因此系統(tǒng)揀選操作中使用了蟻群算法來生成任務單。當堆垛機碰到軟限位時，不會造成系統(tǒng)掉電。l 激光測距定位近年來，一種新的可用于巷道堆垛機行走方向上精確定位的新技術—激光測距技術應運而生。速度控制器中采用了PID調節(jié)器加數(shù)字濾波器，主要是用于計算控制輸出信號，采用速度和加速度前饋，即PID+濾波器。(c)所示，可以看出，跟蹤曲線基本沒有誤差，可以很好的實現(xiàn)對伺服電動機的雙閉環(huán)控制，記錄此時的PID參數(shù)為，Kp=8，Ki=5，Kd=30。 運動控制器參數(shù)設置界面按照實驗結果進行運動控制器進行編程，保證速度控制系統(tǒng)對交流伺服電機的控制取得最優(yōu)。通過上面實驗仿真可知：Kp保證系統(tǒng)可以快速響應輸入信號，但該值過大會造成系統(tǒng)不穩(wěn)定[52]。給定系統(tǒng)初始值，目標速度為4，目標位置為140000，采樣時間為200。由于常用的模式在終止點的定位精度差，速度跟蹤平穩(wěn)性不高。l 相對計數(shù)定位法(計數(shù)法)該方式以計數(shù)方式表示堆垛機X方向和Y方向的實際走過的路程。對速度控制的合理與否、定位設計是否精確以及故障診斷系統(tǒng)的效果是實現(xiàn)堆垛機高效率、高準確度、高度安全性運行的重要因素。該功能也適用于同一類型的多個產品同時出貨的情況，允許用戶設定出庫數(shù)量。把連續(xù)作業(yè)任務指令存入指針數(shù)組，生成任務單，終端控制系統(tǒng)依次在任務單中讀取倉儲作業(yè)指令。然后AGV小車沿著固定的磁導引線，把貨物送至加工點。 單任務作業(yè)介紹 單任務入庫管理系統(tǒng)入庫功能是FMS的基本功能。第二步：程序流程圖。狀態(tài)轉移公式為： ()其中，是從節(jié)點到的啟發(fā)式函數(shù)，A是未走過的所有節(jié)點的集合，為啟發(fā)式因子。交叉概率一般是在1左右，使其可以遺傳至下一代。模擬退火算法的重要參數(shù)：退火過程中分布的能量概率：其中P(E)為系統(tǒng)處于能量狀態(tài)E的概率，k為Boltzlnann常數(shù)，T為系統(tǒng)絕對溫度；初始溫度T，它的選取對算法的分析有著極大的影響。但是，由于遺傳算法的初始種群選擇的隨機性，也就導致很難定義出自己想要的初始種群，因此對于初始種群的選擇，也是一個需要研究的地方。對比以上的策略，高響應比優(yōu)先調度策略是一個比較好的策略，因為該策略首先通過優(yōu)先級照顧到了每個作業(yè)的優(yōu)先級別，又通過引入的響應比r來確保了長作業(yè)最后也能夠得到響應。美國的RUSSELL =max(X,Y)的概率密度問題應用到多貨叉堆垛機的貨物存取優(yōu)化策略方面，以達到減少貨物的存取時間最短[21]。本系統(tǒng)采用計算機控制和管理，不同的控制方式可以控制不同的自動化立體倉庫。自動化立體倉庫系統(tǒng)是由機械和電氣、強電控制和弱電控制相結合的產品。TSP可分為非對稱距離和對稱距離兩大類問題。復雜作業(yè)可以一次完成多個連續(xù)的倉儲任務，節(jié)省時間，倉儲效率得到提高。 雕刻功能雕刻模塊的功能是控制雕刻機的雕刻，在模塊上面可以雕刻成用戶所需要的產品。 出庫操作出庫操作和入庫操作的順序是相反的。也可作為開放式數(shù)控設備平臺使用。Z方向采用三級貨叉伸出形式，貨叉可以上升或下降，來實現(xiàn)雙向取出或放置貨物。 FMS系統(tǒng)平面布局示意圖 系統(tǒng)硬件結構圖 系統(tǒng)硬件介紹 自動化立體倉庫自動化立體倉庫由機械、電氣、控制和管理系統(tǒng)等組成，它涵蓋了運動控制技術、PLC控制技術、檢測技術、數(shù)據庫技術和網絡技術等現(xiàn)代物流技術，是實現(xiàn)制造自動化和物流自動化系統(tǒng)的必備子系統(tǒng)。第三章 立體倉庫調度算法的研究。FMS是一類復雜的實時系統(tǒng)，也是一個多層次、多結構的集成化復雜系統(tǒng)。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機加工車間，由60個柔性制造單元（包括50個工業(yè)機器人）和一個立體倉庫組成，另有兩臺自動引導臺車傳送毛坯和工件，此外還有一個無人化電機裝配車間，它們都能連續(xù)24小時運轉。柔性制造系統(tǒng)適合加工工序多，形狀復雜，大批量的零件。本文主要工作包括以下幾個方面：⑴ 作業(yè)調度方面：設計開發(fā)了立體倉庫管理系統(tǒng)中的復雜作業(yè)功能，包括一鍵入/出庫作業(yè)，揀選作業(yè)功能，可以一次完成多個連續(xù)的倉儲任務，提高了倉儲效率。為了讓學生能夠接觸工業(yè)現(xiàn)場的設備，認識工業(yè)現(xiàn)場設備的組織形式和控制形式，實驗室購置了一套固高公司的FMS系統(tǒng)，本文主要基于該設備的硬件系統(tǒng)，對部分控制模塊和系統(tǒng)管理軟件進行研究和改進。l 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)是以加工中心或數(shù)控機床為基礎，另外配備合適的傳送物料裝置而組成的生產系統(tǒng)?！　?0年代末期，F(xiàn)MS在技術上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，80年代初期的FMS進入實用階段，其中由3～5臺設備組成的FMS最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。自動加工系統(tǒng)：自動加工系統(tǒng)是把材料相同，重量、外形、工藝、尺寸大致相似的零件集中在一起，利用成組技術（GTGroup Technology，揭示和利用事物間的相似性，按照一定的準則分類成組，同組事物能夠采用同一方法進行處理，以便提高效益的技術），用一臺或數(shù)臺數(shù)控機床或專用機床等進行設備加工的系統(tǒng)[5]。詳細介紹了固高FMS的整體結構和各功能組件的技術參數(shù)；描述了系統(tǒng)的所有功能；針對原系統(tǒng)存在的不足，提出了系統(tǒng)改進的方向。本課題是基于該綜合平臺，對物流、控制、總線等相關技術進行研究，進一步開發(fā)系統(tǒng)平臺的功能，改善系統(tǒng)的控制性能和調度策略。Y方向采用鏈條鏈輪傳動形式，配以蝸輪蝸桿減速機，使用一個750W交流伺服電機驅動。 雕刻機雕刻機是集雕、刻、銑、削為一體的多功能機床，既可作為通用雕刻設備，采用CAD/CAM技術進行雕刻加工和雕刻工藝實驗等教學研究工作。取到貨物之后，堆垛機上面的傳感器便可以檢測到信號，然后堆垛機開始運行，運行至指定貨位后，伸出貨叉，將貨物放到指定貨位后，收回貨叉，從而完成指定入庫操作。再將貨位B上面的物品搬運到貨位C上面。對該設備的控制系統(tǒng)進行改進，添加復合作業(yè)任務，加入一鍵入/出庫作業(yè)和揀選作業(yè)。3 立體倉庫調度算法的研究TSP問題[8]是指一個商人欲到n個城市推銷商品，每兩個城市i和j之間的距離為，如何選一條路徑使商人走遍所有城市后回至起點且所走路徑最短。根據不同的標準，自動化立體倉庫有多種分類方式[10]：按貨物存取形式，可以分為單元貨架式、移動貨架式和揀選貨架式；按建筑形式[11]，可以分為整體式和分離式；按貨架構造形式可分為單元貨位式、貫通式、水平循環(huán)式和垂直旋轉式倉庫；按作用，可以分為生產性倉庫和流通性倉庫。l 控制系統(tǒng)。提高了貨物的存取效率。l 高響應比優(yōu)先調度策略高響應比優(yōu)先調度策略[25]是把前面策略的動態(tài)優(yōu)先權的計算拿到該策略中的每個作業(yè)中，并確保每個作業(yè)的優(yōu)先級隨著等待時間的增加的時候并以速率a提高，這樣就能夠保證每個作業(yè)都會得到響應。遺傳算法計算時間短、性能高、魯棒性好也是它的優(yōu)點。當模型被接收時，置，；step4 在溫度T下，重復一定次數(shù)的擾動和接受過程，即重復步驟stepstep3；step5 緩慢地降低溫度T；step6 重復步驟stepstep6，直到收斂條件滿足為止。第三步：選取參數(shù)選取=，=。 基于蟻群算法的分析 算法分析在蟻群算法中，螞蟻選擇城市的概率是關于城市之間的距離和連接支路上所包含的當前信息素余量的函數(shù)。 基于模擬退火算法的分析 算法分析第一步：設定初始值設定初始溫度=100 000，初始點，K=，終止溫度=1。由于多任務功能設計是在單任務作業(yè)基礎上完成的，因此下面首先對單任務入/出庫管理系統(tǒng)作簡單介紹。將貨物運送至機械手臂出，機械手臂伸出吸盤，將貨物吸起放置AGV小車上。要實現(xiàn)復雜作業(yè)，必須合理地控制執(zhí)行機構和輸送系統(tǒng)，使其和終端控制系統(tǒng)之間建立正確、及時的信息傳遞。如果需要對所有貨物進行揀選，可將所有貨物全部清倉，然后進行揀選，以防止貨物因積壓過期。 堆垛機控制系統(tǒng)的結構堆垛機是FMS系統(tǒng)中重要的執(zhí)行機構，是輸送系統(tǒng)的核心設備，決定著整個出入庫的正常運行。該方法尋址準確，但電路復雜，加工成本較高，安裝調試難度較大。堆垛機的速度控制系統(tǒng)中對單軸有四種運動控制模式：S曲線模式、梯形曲線模式、速度控制模式、電子齒輪模式。[4450]，對模型進行實驗，每次給定不同的PID參數(shù)，觀察電動機的轉速、轉矩情況。 速度控制模式時驅動器信號線接線圖采用PID+數(shù)字濾波方式來控制交流伺服電機，對伺服電機直接的控制信號是通過數(shù)字濾波器和PID調節(jié)后來作為伺服電機的控制輸入。這樣，堆垛機的速度控制就可以得到很好的保證。 堆垛機速度控制的實現(xiàn)堆垛機控制系統(tǒng)包括兩臺交流伺服電機，一臺步進電機。通過調節(jié)各個參數(shù)，該控制器能夠對系統(tǒng)實現(xiàn)精確而穩(wěn)定的控制。激光測距定位方式是通過激光發(fā)射器將激光發(fā)射到規(guī)定距離的反射板上，然后根據激光發(fā)射器與反射板距離的變化來測出實時變化距離。硬限位是指堆垛機在異常情況下沖過軟限位，則硬限位被壓下，系統(tǒng)馬上掉電。由于揀選操作是新增加的功能，故在原有立體倉庫管理系統(tǒng)的界面上增加了“揀選按鈕”。(a) 空貨位全部入庫 (b) 按物料名稱入庫 一鍵入庫程序流程圖選擇入庫模式后，系統(tǒng)會自動生成入庫任務單。終端控制系統(tǒng)的指令傳送至執(zhí)行機構，指令內含倉儲作業(yè)任務的信息。點擊出庫按鈕，系統(tǒng)向堆垛機發(fā)出指令，堆垛機接收到指令后，系統(tǒng)會自動計算出指定貨位點坐標。 立體倉庫的多任務功能設計原有系統(tǒng)可以實現(xiàn)基本的單任務作業(yè)，如單任務入/出庫、移庫和調庫等功能?！　　?a) NC_max=100 (b) NC_max=200 (c) NC_max=300 蟻群算法優(yōu)化調度仿真結果(m=100；Alpha=1；Beta=2；Q=；Rho=)。l 模擬退火算法模擬退火算法是模擬金屬退火的過程，退火是指通過加溫來提高金屬的內能，使得原子有能力擺脫原來的狀態(tài)，從而達到一個更穩(wěn)定的狀態(tài)。遺傳算法中常用的操作有：選擇，交叉，變異三個算子。任務的空閑時間=任務相對截止時間－(出庫任務所需執(zhí)行時間估算出庫任務預計完成時刻的安全系數(shù))。山東大學的田國會教授提出的多起點最近點搜索算法[17]和結合Hopfield網絡[18]模型的遺傳算法應用在自動化立體倉庫的揀選路徑問題方面，優(yōu)化了揀選路徑。主要包括傳送帶輸送機、機動輥道和鏈傳動輸送機。堆垛機從起點出發(fā)，根據取貨路徑到需揀選作業(yè)的倉位執(zhí)行作業(yè)，完成任務后回終點。合理的倉庫信息管理系統(tǒng)應該包括入庫信息管理系統(tǒng)，出庫信息管理系統(tǒng)，庫存信息管理系統(tǒng)和信息報表模塊。固高FMS系統(tǒng)集光、機、電、氣以及計算機信息技術為一體，在功能和結構方面都具有模塊化設計思想和可開發(fā)性。功能與移庫類似，可以滿足不同用戶對不同類型貨物的出庫要求。 系統(tǒng)倉儲任務界面 入庫操作入庫的順序是：由中央控制臺發(fā)出入庫指令，物品被送至傳送帶，傳送帶上的光電傳感器采集信號，該信號傳送至控制終端。系統(tǒng)中的AGV是沿著鋪設好的磁導線行走的，在行走過程中通過車底部的傳感器來感知路線，小車也可以部分替代輸送線來進行輸送任務。l 先進性：“運動控制器+交流伺服電機”的方式是主驅動所采用的，它保證了堆垛機具有定位精度高、速度快、噪音低的特點。對本文工作進行總結，提出了進一步研究的方向。最后將設計成果應用于系統(tǒng)，完成了FMS的綜合調試。 柔性制造系統(tǒng)的基本組成就機械制造業(yè)的柔性制造系統(tǒng)而言，其基本組成部分有：軟件系統(tǒng)：軟件系統(tǒng)是必不可少的組成部分，它可以保證計算機有效地控制柔性制造系統(tǒng)。這種柔性自動化設備適于在少品種、大批量的生產中使用，在形式上與傳統(tǒng)的自動生產線相似，所以也叫柔性自動線。柔性制造系統(tǒng)有以下三種類型[2]：l 柔性制造單元柔性制造單元（Flexible Manufacture Cell，簡稱FMC）是由一臺或數(shù)臺數(shù)控機床構成的加工中心構成的加工單元。研究生簽名： 年 月 日 學位論文使用授權聲明南京理工大學有權保存本學位論文的電子和紙質文檔，可以借閱或上網公布本學位論文的部分或全部內容，可以向有關部門或機構送交并授權其保存、借閱或上網公布本學位論文的部分或全部內容。⑷ 監(jiān)控管理方面：設計了系統(tǒng)數(shù)據庫，實現(xiàn)了報表的查詢打印功能，并對系統(tǒng)的監(jiān)控界面進行改進設計。它可以加工較大批量規(guī)格不同的零件。國家機電部“七五”重點科技項目的支持和國家863高技術發(fā)展計劃在自動化領域的發(fā)展使得FMS得到極大的重視和發(fā)展。在系統(tǒng)運行的過程中，這些數(shù)據相互聯(lián)系，包括數(shù)據聯(lián)系、決策聯(lián)系和組織聯(lián)系等。第四章 FMS主要功能模塊的設計。專用的運動控制器的核心是高性能的DSP和FPGA技術，核心的控制部件為固高公司研制的精密嵌入式四軸運動控制器。系統(tǒng)通過PLC處理流水線各個光電開關的采集信號，以及對流水線和機器人運行邏輯控制，可以按要求添加按位或者檢測行程開關等。l 自動控制柜，可以完成對雕刻機的驅動功能，它內部的PLC可以完成將控制流信號轉化為電信號。最后同樣的光電傳感器，采集信號來發(fā)出指令控制電機使得皮帶停止。主要由車架、蓄電池（充電裝置）、電氣系統(tǒng)、驅動裝置、轉向裝置、自動認址和精確停位系統(tǒng)、自動導向系統(tǒng)和無線通訊系統(tǒng)等組成。l 堆垛機控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的核心。TSP問題就是尋找一條最短的遍歷n個城市的路徑，也就是搜索整數(shù)子集，其中X表示對城市的編號。l 堆垛機。自動化立體倉庫的發(fā)展主要經歷了五個大的階段[14]：第一代機械式立體倉庫系統(tǒng)(Mechanical Highrise Warehouse System)；第二代自動化倉庫系統(tǒng)；第三代集成化立體倉庫系統(tǒng)；第四代智能型立體倉庫系統(tǒng)；第五代“3I”(Intelligent，Integrated，Information)。它是指先到的作業(yè)優(yōu)先進入任務隊列，執(zhí)行系統(tǒng)按照任務來的先后來執(zhí)行。首先，它利用了編碼技術，作用于染色體，然后模擬其進化過程。螞蟻在遇到一個新的路口時，它會隨機的選擇一條路來行走且通過信息素濃