ITAE最優(yōu)設(shè)計(jì)方法在行車控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

尚亞銳，馬勝毅，尹紹清

（1.西北工業(yè)大學(xué) 明德學(xué)院，西安 710124；2.西安優(yōu)勢(shì)環(huán)境專業(yè)設(shè)備有限公司，西安 710065）

1 技術(shù)要求

某車間行車空間高度10米，水平運(yùn)物距離20米，吊運(yùn)重物升降速度規(guī)定為0.2～2米/分鐘，天車水平運(yùn)行速度規(guī)定為0.2～3米/分鐘。速度根據(jù)情況設(shè)定。動(dòng)態(tài)過程為：超調(diào)σ%=0，調(diào)節(jié)時(shí)間ts≤2秒，行車上裝有升降電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，水平電動(dòng)機(jī)一臺(tái)，行程兩端設(shè)置有接近開關(guān)，電動(dòng)機(jī)帶有制動(dòng)器，其運(yùn)行示意圖如圖1所示。

圖1 天車吊運(yùn)重物示意圖

2 運(yùn)行過程

當(dāng)天車位于左端起始位置x=0，y=0，水平電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器工作，行車固定在左端不動(dòng)，升降電動(dòng)機(jī)制動(dòng)器工作吊鉤不動(dòng)。當(dāng)接通升降電動(dòng)機(jī)電樞電壓Ury+，制動(dòng)器松開，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)（設(shè)為逆時(shí)針方向），勻速放下吊鉤，直到接近開關(guān)K5接通，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，制動(dòng)器工作，在30秒內(nèi)掛上重物，然后自動(dòng)接通電動(dòng)機(jī)電樞電壓Ury-，制動(dòng)器松開，電動(dòng)機(jī)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)將重物升至x=0處，接近開關(guān)K3接通，斷開電動(dòng)機(jī)電樞電壓Ury-，制動(dòng)器工作，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，重物位于左上方。此時(shí)自動(dòng)給水平電動(dòng)機(jī)加電壓Urx+，制動(dòng)器松開，水平電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)天車載著重物勻速向右運(yùn)動(dòng)，直到最右端接近開關(guān)K2接通，電動(dòng)機(jī)停止。小車固定在x=xmax位置，接著給升降電動(dòng)機(jī)接通電源Ury+，電動(dòng)機(jī)勻速將重物下將，直到K6接通，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)等待30秒，將重物取下運(yùn)走，然后給升降電動(dòng)機(jī)Ury-，電動(dòng)機(jī)將吊鉤升至y=0處，K4接通，升降電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，接著自動(dòng)接通水平電動(dòng)機(jī)電源Urx-，使小車向左勻速運(yùn)動(dòng)直到左端停下。

3 校正裝置設(shè)置

設(shè)行車水平運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 天車水平運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

求出開環(huán)傳遞函數(shù)

未校正系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：

4 仿真計(jì)算的的響應(yīng)特性

4.1 不加干擾力矩

當(dāng)行車運(yùn)行時(shí)，不加干擾力矩（行車空載）的simulink仿真圖如圖3所示，其單位階躍響應(yīng)曲線如圖4所示。

圖3 不加干擾力矩的simulink仿真圖

圖4 不加干擾力矩的單位階躍響應(yīng)圖

4.2 加干擾力矩

當(dāng)行車運(yùn)行時(shí)，加干擾力矩（行車進(jìn)行運(yùn)物）的simulink仿真圖如圖5所示，其單位階躍響應(yīng)曲線如圖6所示。

圖5 加干擾力矩的simulink仿真圖

圖6 加干擾力矩的單位階躍響應(yīng)圖

5 結(jié)論

從圖4和圖6可以看出，行車運(yùn)物系統(tǒng)通過ITAE最優(yōu)傳遞函數(shù)方法設(shè)計(jì)后，行車的運(yùn)行不受運(yùn)載物體的形狀、大小、重量的影響，達(dá)到預(yù)期平穩(wěn)運(yùn)行的效果。

[1] 胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京:科學(xué)出版社.2007.

[2] 陳隆昌,閻志安,劉新正.控制電機(jī)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社.2000.

[3] 鐘肇新,彭侃.可編程控制器原理及應(yīng)用[M].廣州:華南理工大學(xué)出版社.1994.