可移動拾取式CSPS系統(tǒng)的優(yōu)化控制研究.pdf

1、傳送帶給料加工站(Conveyor-Serviced Production Station，簡稱為CSPS)作為一類重要的具有柔性和智能性的生產(chǎn)系統(tǒng)，被廣泛應用在現(xiàn)實生產(chǎn)制造當中，例如機器人裝配線、單元化生產(chǎn)系統(tǒng)(CPS)等。因此，研究CSPS系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題，通過合理地選擇系統(tǒng)的控制策略，實現(xiàn)長遠情況下系統(tǒng)運行代價最低和生產(chǎn)率最高，對提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和降低加工能耗有重要的現(xiàn)實意義。
　　工業(yè)機器人具有較高的工作效率、穩(wěn)定性和可靠

2、性等優(yōu)勢，很大程度上提高了生產(chǎn)加工系統(tǒng)的效率和自動化程度。論文研究一類配置多自由5度工業(yè)機器人作為加工主體的生產(chǎn)系統(tǒng)，并根據(jù)機器人卸載和服務操作的移動路徑建立更加靈活的可移動拾取式工作模式。與傳統(tǒng)CSPS中固定拾取式相比，該工作模式能夠有效降低卸載時間和延遲等待時間，進而提高系統(tǒng)生產(chǎn)率。在該工作模式下，卸載過程中拾取點是不固定的，增加了系統(tǒng)建模和優(yōu)化控制的困難。首先，緩沖庫(Buffer)剩余量和機器人抓手位置作為系統(tǒng)的聯(lián)合狀態(tài)，機器人

3、的前視距離作為系統(tǒng)的控制變量，并將系統(tǒng)建模為半馬爾科夫決策過程(SMDP)。然后，利用基于性能勢的策略迭代算法對該優(yōu)化問題進行求解。由于系統(tǒng)的復雜性，尤其是動態(tài)隨機性，因此論文進一步給出了基于模擬退火思想的Q-學習算法，以尋找最優(yōu)或者次優(yōu)解。
　　加工站的服務率往往是決定系統(tǒng)性能的關鍵因素之一，服務率固定的情況，不利于發(fā)揮生產(chǎn)加工站的最佳使用效率。對服務率進行控制實際上是根據(jù)生產(chǎn)條件和加工環(huán)境的變化，實時地分配生產(chǎn)資源。該方法可以

4、有效減少系統(tǒng)的周期時間和延遲時間，提高系統(tǒng)性能。因此論文繼續(xù)研究服務率可控的可移動拾取式CSPS系統(tǒng)的優(yōu)化控制問題。增加服務率為控制變量，同樣將問題建模為半馬爾科夫決策過程，并利用基于性能勢的策略迭代算法和基于模擬退火思想的Q-學習算法求解系統(tǒng)最優(yōu)控制策略。
　　另外，論文推導了相關系統(tǒng)性能公式，比如加工周期時間、生產(chǎn)率、生產(chǎn)效率等，可對系統(tǒng)進行性能評估以驗證控制效果。仿真結(jié)果表明，與固定拾取式的工作模式相比，可移動拾取式能夠很大