屈鐵軍

（黑龍江省機(jī)械科學(xué)研究院，哈爾濱150040）

0 引言

以我國目前大量建設(shè)和改建的劇場、演播廳的升降和旋轉(zhuǎn)舞臺機(jī)械為控制對象，研究適合我國國情的先進(jìn)的舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，進(jìn)而為舞臺制造企業(yè)提供技術(shù)支撐和解決方案。

采用當(dāng)今最新發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、電子技術(shù)、通訊技術(shù)、控制技術(shù)，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高精度、高可靠、人機(jī)界面友好的多功能舞臺綜合機(jī)械控制裝置及發(fā)展舞臺控制技術(shù)的相關(guān)理論，解決國內(nèi)在建的大量中小型文化設(shè)施中智能舞臺機(jī)械的控制問題，改變傳統(tǒng)的人工控制操作及引進(jìn)系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)模式，使文化單位可根據(jù)實際需要自行“訂制”符合自身要求的開放式控制裝置，降低投資及生產(chǎn)成本，提高文藝演出水平，提高運(yùn)營效益。

1 理論方法

在對國內(nèi)外舞臺自動化機(jī)械及控制技術(shù)發(fā)展水平及應(yīng)用情況充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，研究了升降及旋轉(zhuǎn)舞臺控制系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)特點，確定了總體設(shè)計方案。

1）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架設(shè)計，確定了系統(tǒng)的控制方式及實現(xiàn)原理。

2）信號采集及電氣拖動結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括控制系統(tǒng)主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計、人機(jī)界面設(shè)計及現(xiàn)場信號處理功能模塊設(shè)計。

3）構(gòu)建了系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺，編寫了各功能模塊操作及控制軟件。

4）適用于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制精度要求的控制算法的研究。

5）系統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計及工藝化研究。

2 方案

以電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由變頻器、工業(yè)控制計算機(jī)等構(gòu)成的自動控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)體系；研究升降、旋轉(zhuǎn)舞臺控制中高精度控制算法。其中主要研究舞臺的停車精度控制和多塊升降過程中動態(tài)保持一定的位置誤差控制問題。常規(guī)的PID控制和隨動控制算法，在有些時候不能夠滿足這種要求，尤其是動態(tài)保持各個升降塊的水平誤差方面，很難整定控制器的參數(shù)。本系統(tǒng)針對舞臺設(shè)備的特殊對象特性，構(gòu)造合適的模糊控制規(guī)則，并結(jié)合常規(guī)PID等算法，共同完成對舞臺升降和旋轉(zhuǎn)的精確控制。要實現(xiàn)舞臺的精確定位和動態(tài)過程的平穩(wěn)，系統(tǒng)設(shè)計不允許在升降運(yùn)動過程中出現(xiàn)超調(diào)，因此在舞臺升降塊的位置接近目標(biāo)位置的時候，需要按照某個曲線預(yù)先減速停車。這個減速曲線與舞臺設(shè)備的結(jié)構(gòu)、慣性、載荷都有關(guān)，而且會隨著舞臺使用次數(shù)的增多而發(fā)生變化。要研究這種變化，并在程序中自動學(xué)習(xí)校正這種變化，使舞臺能夠準(zhǔn)確地停在目標(biāo)位置，具有自適應(yīng)的特點。開發(fā)了各控制軟件功能模塊，通過改變控制參數(shù)和控制功能的組合，完成具體舞臺系統(tǒng)的特定要求。

3 主要特點

該系統(tǒng)是一種低成本、高可靠性并具有強(qiáng)適應(yīng)性的升降旋轉(zhuǎn)舞臺自動控制系統(tǒng)，具有高效率、高精度、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作方便的特點，實現(xiàn)了行業(yè)應(yīng)用設(shè)備的通用平臺設(shè)計技術(shù)。

主要特點如下：1）在隨動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合模糊控制算法，實現(xiàn)多臺升降旋轉(zhuǎn)舞臺在運(yùn)行過程中自動對比速度及空間位置，并進(jìn)行動態(tài)調(diào)整；2）能夠根據(jù)運(yùn)行的實際情況，自動學(xué)習(xí)由于系統(tǒng)慣性的改變而引起的停車不準(zhǔn)確的特性，自動修正停車誤差；3）升降旋轉(zhuǎn)舞臺在升降過程中各個升降塊的動態(tài)位置誤差不大于2mm；4）升降旋轉(zhuǎn)舞臺可在任意指定位置停車，停止位置誤差不大于1 mm。

4 系統(tǒng)達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)

表1 主要技術(shù)指標(biāo)

5 結(jié)語

綜上，該系統(tǒng)為國內(nèi)新建舞臺和改造舞臺機(jī)械工程項目提供了先進(jìn)的控制系統(tǒng)技術(shù)裝備，由于本系統(tǒng)具有靈活配置的特點，可以在控制系統(tǒng)總體框架基本不變的前提下，適應(yīng)絕大部分升降旋轉(zhuǎn)舞臺機(jī)械的控制要求，具有很強(qiáng)的實用價值和推廣價值。該系統(tǒng)達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，滿足了市場需求，其性能價格比在國內(nèi)國際市場均有明顯的競爭優(yōu)勢。同時推動我國舞臺機(jī)械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品的更新?lián)Q代。其市場前景廣闊，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］ 白忠凱.PLC在舞臺機(jī)械控制中的應(yīng)用［J］.國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2002（2）：45.

［2］ 馬守謙.多塊舞臺升降臺的計算機(jī)控制系統(tǒng)［J］.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1989（2）：70-76.

［3］ 李鵬.舞臺臺板同步模糊控制系統(tǒng)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用，1998（9）：23-25.

［4］ 魏發(fā)孔.舞臺升降臺技術(shù)診斷分析及整改措施［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2002（4）：9-11.

［5］ 周銘.功能舞臺電氣控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計［J］.機(jī)電工程，1999（4）：31-32.

［6］ 宋宏.工控組態(tài)軟件FIX及其在舞臺吊機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.藝術(shù)科技，2001（2）：4-6.

［7］ 張瑾.大型多層多塊升降臺的設(shè)計與研制［J］.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1996，22（增刊1）：19-22.

［8］ 周銘，楊惠中.功能舞臺電氣控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計［J］.機(jī)電工程，1999（4）：31-32.

［9］ 何俐萍.大行程升降舞臺結(jié)構(gòu)方案的二級模糊綜合評判［J］.甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2002（2）：45-47.