近年來各個行業對物流系統的綜合效率和穩定性的要求不斷提高，推動了相關裝備制造的技術不斷的進步，裝備制造品質的提高又進一步加速了物流系統的效率和穩定性的進步。這一正向循環已經開始加速運轉，而施耐德電氣先進的堆垛機控制系統解決方案也在整個系統中發揮了重要作用。

該解決方案由施耐德電氣OEM行業能力中心開發，基于高階S曲線組合末端振動控制技術和位置控制技術的創新策略，實現堆垛機的更快速，精準和穩定的點到點定位。系統架構如圖1所示，硬件由M262/251/241 PLC，ATV340/ATV32/LXM32驅動器，GXU觸摸屏，以及激光或條碼測距組成。控制軟件則由5次方S曲線及防搖擺專家庫（PTP_AswScv）為核心程序，控制水平提升，貨叉完成穩準快的定位功能。

圖1

專家庫可根據給定的目標位置和速度生產5次方和防搖擺S曲線，用位置閉環控制來消除定位誤差。位置反饋通過傳感器檢測，堆垛機通常為激光測距或條碼測距。分項功能如下：

運動控制功能：

juedui位置定位 / 步進（相對位置定位）

5次方加減速曲線和防搖擺

位置環PD和速度前饋

運行時降低或升高目標速度（實現2~3級減速限位）

記錄定位運行時長

保護功能：

定位超時

目標位置超過前后極限

反饋位置超過前后極限

位置跟隨誤差過大

起動反向保護

反饋位置突變

快速停車

速度限幅

故障診斷

其中，提高定位性能的核心還在于5次方速曲線和防搖擺曲線。5次方曲線技術可以平滑加減速過程中的沖擊力，從而減小機械的慣性引起的定位過沖。

圖2中的藍色曲線是普通的速度斜坡曲線，在加減速過程中其沖擊很大。沖擊理論上是藍色加速度的微分，由于藍色的加速度上升時間非常短，于是沖擊也就非常大。經過5次方S曲線整形的位置和速度輸出是金色的曲線，其加速度和沖擊都變得光滑，沖擊的峰值比速度斜坡曲線降低數倍（具體比例需要在實際工控下測定）。

圖2

防搖擺和5次方S曲線的組合則是紫色曲線，防搖擺是根據雙脈沖整形理論設計的，將S曲線的一個脈沖分解為兩個，傳遞函數的表達式為：A1 + A2 = A

A：5次方S曲線的脈沖幅值

A1：防搖擺分解的第一個脈沖的幅值

A2：防搖擺分解的第二個脈沖的幅值

A1和A2相差半個機械振動周期，即T/2。

通常，在我們的功能塊中激活防搖擺功能，并調試S曲線平滑時間和防搖擺振動周期就能大幅度縮短定位時間，并能獲得良好的魯棒性。這體現在S曲線和防搖擺能適應從3m~40m各種高度的堆垛機，并在各種長短定位距離下都能得到速度和加減速時間的優化，提高定位效率。

為提高定位精度和穩定性，位置閉環控制我們采用經典的PID控制以及速度前饋控制，通常我們在功能塊中設置位置環比例增益Kp和速度前饋比例SpdForward就能獲得良好的精度。當然，這也得益于ATV340變頻器優異的速度環帶寬和矢量控制模型，使電機和機械傳動機構的實際速度能快速的跟隨控制器規劃的定位曲線。ATV340變頻器還具有精準的制動邏輯控制，可以快速建立開閘力矩并做到零速抱閘，這是保證定位精度的Zui后一環。

Zui后，讓我們通過施耐德電氣EcoStruxure? Machine Expert PLC編程軟件中的示波器功能看一下堆垛機在防搖擺開啟和關閉時的定位效果。

圖3中的定位距離，速度，加速度都相同，可以看到，防搖擺開啟后整個定位過程中速度和位置波動都有了很大改善。在定位的末端，位置波動從20mm降低到2mm，減小了90%，減速時間從5.9s縮短到了4.5s，降低了24%。5次方S曲線和防搖擺功能讓定位的效率和穩定性得到了質的提高，對機械的結構也起到了很好的保護作用。如果做進一步研究，我們的加速度和電流示波器也可以為有機械的限元分析提供數據，為防搖擺對機械的保護作用做定量分析。