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1、学 位 论 文基于固高FMS的控制系统设计 申请学位级别 硕士 专业名称 控制理论与控制工程 学位授予单位和日期 南 京 理 工 大 学 答辩委员会主席 评阅人 注1：注明国际十进分类法UDC的类号。声 明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均已在论文中作了明确的说明。研究生签名： 年 月 日 学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全
2、部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。研究生签名： 年 月 日 摘 要柔性制造系统（FMS）是一套以计算机控制为核心的、可以完成生产、加工和储存等工作的自动化系统。随着科学技术的发展，FMS被广泛地应用于制造业当中。为了让学生能够接触工业现场的设备，认识工业现场设备的组织形式和控制形式，实验室购置了一套固高公司的FMS系统，本文主要基于该设备的硬件系统，对部分控制模块和系统管理软件进行研究和改进。本文主要工作包括以下几个方面： 作业调度方面：设计开发了立体仓库管理系统中的复杂作业功能，包括一键入/出库作
3、业，拣选作业功能，可以一次完成多个连续的仓储任务，提高了仓储效率。 算法方面：对于系统新增的拣选作业，将其抽象为典型的TSP问题，并利用三种现代优化调度算法对该问题进行仿真研究，结果表明蚁群算法调度效果最好。运用蚁群算法得到拣选作业单，节省了系统拣选作业的时间。 系统控制方面：基于MATLAB软件平台，对堆垛机速度控制系统进行了仿真研究，分析了PID调节器各参数对速度性能的影响，得到了理论上的较好参数。 监控管理方面：设计了系统数据库，实现了报表的查询打印功能，并对系统的监控界面进行改进设计。关键词：FMS，自动化立体仓库，蚁群算法，堆垛机控制系统AbstractFlexible Manufa
4、cturing Systems(FMS) is the automation system cored on computer control, which can be employed to accomplish 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 studen
5、ts facile understand and then comprehend the organization and control modus of real industrial equipment, a set of FMS system from Gugao company 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 impr
6、oving the storage of current input estimation algorithm. The main contents of the thesis are as follows:(1) Job scheduling: The complex job scheduling function of Management System was designed, which includes some automation task and the picking function. It can also complete the multiple tasks at
7、the same time and greatly improve the efficiency of the system.(2) Algorithm of the system: The new selecting function is abstracted as a typical TSP problem. Three modern scheduling algorithms are used in the simulation research of this problem. The results show that the simulation research of ant
8、colony algorithm scheduling is the best. By using ant colony algorithm method, the list of the chosen homework assignments is obtained and the time is also saved in the picking (selecting process) of the system.(3) Control system: based on software platform of MATLAB, the simulation analysis for sta
9、cker speed control system as been carried out. Meanwhile, the study of PID adjustor parameters on the performance of speed has been performed and the theoretical optimization has been achieved.(4) Monitoring and management system: the database of the system has been designed, the inquiry and print f
10、unction of reports is achieved, and the monitor system interface is improved.Keywords: FMS, Automated Multi-layered Storehouse, The Ant Colony Algorithm, Stacker Control System目 录摘 要IAbstractIII1 绪论11.1 柔性制造系统概述11.2 柔性制造系统国内外发展现状21.3 柔性制造系统的基本组成31.4 本文研究内容及组织结构32 固高FMS介绍及系统改进方向52.1 系统硬件介绍62.1.1 自动化立
11、体仓库62.1.2 堆垛机62.1.3 微型输送线72.1.4 AGV输送系统82.1.5 上下料机械臂82.1.6 雕刻机82.2 系统功能92.2.1 入库操作92.2.2 出库操作102.2.3 移库操作102.2.4 调库功能102.2.5 雕刻功能102.2.6 AGV取货功能112.3 系统改进方向112.4 小结123 立体仓库调度算法的研究133.1 自动化立体仓库简介133.2 几种常用的现代调度算法153.2.1 调度策略153.2.2 几种现代调度算法介绍153.3 现代调度算法的仿真实现183.3.1 基于遗传算法的分析183.3.1.1 算法设计193.1.1.2 仿
12、真结果分析213.3.2 基于蚁群算法的分析223.3.2.1 算法分析223.3.2.2 仿真结果分析243.3.3 基于模拟退火算法的分析263.3.3.1 算法分析263.3.3.2 仿真结果263.3.3.3 仿真结果273.4 算法比较273.5 小结274 柔性制造系统主要功能模块的设计294.1 立体仓库的多任务功能设计294.1.1 单任务作业介绍294.1.1.1 单任务入库管理系统294.1.1.2 单任务出库管理系统314.1.2 复杂作业功能的设计324.1.2.1 一键入库功能的设计324.1.2.2 一键出库功能的设计334.1.2.3 拣选入/出库操作功能的设计3
13、44.2 堆垛机控制系统的研究374.2.1 堆垛机控制系统的结构374.2.2 堆垛机的控制394.2.2.1 堆垛机的定位方式394.2.2.2 堆垛机的速度控制404.2.2.3 系统速度控制器的设计404.2.3 堆垛机速度控制的仿真研究414.2.4 堆垛机速度控制的实现434.3 系统数据库及报表打印功能设计464.3.1 系统数据库的构建464.3.2 查询打印功能的设计484.4 小结495 系统的综合运行515.1 多任务作业的实现515.1.1 一键入库作业535.1.2 一键出库作业545.1.3 拣选作业555.2 数据管理和查询功能565.3 小结576 总结与展望5
14、96.1 总结596.2 展望59致 谢61参考文献631 绪论1.1 柔性制造系统概述柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，简称FMS），由物料自动储运系统和计算机信息控制系统组合成的整体。它能够适应加工对象不断变换的机械制造自动化系统，因为它由统一的一组数字控制加工设备、信息控制系统和物料储运系统组成1。柔性制造系统具有部分生产管理和加工制造的功能，能够进行机械加工、装配和质量检验、毛坯制造等，可以有效地提高企业的生产和管理效益。80年代中期使用的FMS，基本上只是用于切削加工，少部分应用于冲压和焊接，而现在的FMS已经成为了在批量切削加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统。柔性制造系统能够高效、高质量地进行多种零件的加工，一般可以从以下三个方面对它进行描述1：l 是一个计算机控制的生产系统；l 系统采用半独立的NC(Numerical Control)机床；l 这些机床通过物料输送系统联成一体。柔性制造是在计算机支持下，能适应加工对象变化的制造系统。柔性制造系统有以下三种类型2：l 柔性
