【摘要】：在劇場(chǎng)舞臺(tái)中，吊桿是一項(xiàng)非常重要的設(shè)備，演出時(shí)，需要以吊桿的快速啟停來實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)其他道具的升降、移動(dòng)工作，傳統(tǒng)吊桿定位控制所采用的策略為勻速控制，但在定位運(yùn)行時(shí)，高精度難以保證，無法滿足運(yùn)行的要求。近年來，在設(shè)計(jì)舞臺(tái)吊桿定位控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)用了變頻技術(shù)，有效的滿足了定位運(yùn)行的高精度要求，基于此，本文首先介紹了舞臺(tái)吊桿，在此基礎(chǔ)上探討了舞臺(tái)吊桿定位控制中變頻技術(shù)的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】：變頻技術(shù);舞臺(tái)吊桿;定位控制

前言：舞臺(tái)吊桿在運(yùn)行的過程中，其定位控制的精度受到多方面因素的影響，比如運(yùn)動(dòng)慣性、機(jī)械延時(shí)等，在很大程度上降低了定位控制精度，甚至可能影響劇場(chǎng)演出的效果。變頻技術(shù)是一種新型技術(shù)，將其應(yīng)用到舞臺(tái)吊桿控制系統(tǒng)中后，可有效的克服傳統(tǒng)勻速控制策略存在的不足之處，減少影響因素對(duì)定位控制的影響，降低定位誤差，實(shí)現(xiàn)定位的高精度。

一、舞臺(tái)吊桿概述

承載藝術(shù)表演的主要場(chǎng)所即為劇場(chǎng)，劇場(chǎng)演出的過程中，各種運(yùn)動(dòng)及動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，都需要借助相應(yīng)的舞臺(tái)設(shè)備來完成，實(shí)現(xiàn)藝術(shù)效果的同時(shí)，增添藝術(shù)演出的魅力。吊桿是舞臺(tái)設(shè)備中一項(xiàng)必不可少的設(shè)備，為一種懸吊裝置，在舞臺(tái)上空設(shè)置，功能在于景片的提升、幕布的掛設(shè)、燈具的懸吊等。一個(gè)舞臺(tái)中包含比較多的吊桿，且需要頻繁的使用。在舞臺(tái)吊桿系統(tǒng)中，包含主機(jī)、鋼絲繩、滑輪、桿體等裝置，特點(diǎn)為桿體較長(zhǎng)，吊點(diǎn)多為4～6個(gè)。進(jìn)行舞臺(tái)吊桿定位控制時(shí)，要對(duì)其速度及位置進(jìn)行控制，采取適當(dāng)?shù)乃俣?，促使吊桿達(dá)到指定位置，完成相應(yīng)的功能，以保證演出的正常進(jìn)行。

二、變頻技術(shù)在舞臺(tái)吊桿定位控制中的應(yīng)用

（一）雙閉環(huán)控制策略

在雙閉環(huán)控制策略中，要求綜合調(diào)節(jié)速度和位置，實(shí)現(xiàn)每道吊桿的無級(jí)調(diào)速，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位。雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)中，交流電機(jī)和變頻器共同組成了被控對(duì)象，于變頻器中集成控制器，將其速度提升，以便于實(shí)現(xiàn)快速跟蹤;通過PLC編程來實(shí)現(xiàn)切換機(jī)制和變速算法，如果減速距離超過設(shè)定值時(shí)，會(huì)切換到變速算法，以保證下降的速度平穩(wěn)，降低機(jī)械沖擊對(duì)定位精確度的影響，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、精準(zhǔn)的減速及制動(dòng)[1]。

（二）變速算法的實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)勻速控制方案中，吊桿定位存在比較大的誤差，而且不易實(shí)現(xiàn)零速?？?，降低了系統(tǒng)的平穩(wěn)可靠性，為了解決這一問題，在系統(tǒng)中應(yīng)用了三段式、五段式、七段式速度控制模型，將系統(tǒng)平穩(wěn)可靠性提升，但由于多種因素會(huì)影響速度控制模型的關(guān)鍵參數(shù)，使得其最佳狀態(tài)難以確定，并且在進(jìn)行運(yùn)算及PLC編程時(shí)，復(fù)雜性比較高，實(shí)現(xiàn)難度比較大，因此，速度控制模型應(yīng)用方案在實(shí)現(xiàn)時(shí)，存在局限性。對(duì)此，吊桿定位控制中應(yīng)用變頻技術(shù)后，利用二分法減速算法來實(shí)現(xiàn)變速算法，在PLC中，集成了二分法減速算法，提高了控制系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并提升了定位的精確度。二分法減速算法比較簡(jiǎn)單，工程實(shí)現(xiàn)難度小，較為適合定位控制系統(tǒng)。

（三）控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件時(shí)，主要包含兩部分，一部分為上位監(jiān)控軟件，另一部分為下位PLC控制程序，通過這兩部分軟件設(shè)計(jì)的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位舞臺(tái)吊桿。

第一，上位監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)。程序開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，采用高級(jí)語言VB6.0，程序結(jié)構(gòu)劃分為多個(gè)模塊，應(yīng)用模塊化設(shè)計(jì)方式，模塊包含系統(tǒng)配置、設(shè)備控制、設(shè)備監(jiān)控等。在上位機(jī)中集成OPC客戶端，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)傳輸?shù)鯒U的運(yùn)行參數(shù)信息，同時(shí)，OPC通信時(shí)采取的模式為客戶端/服務(wù)器，下位PLC與之傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)用以太網(wǎng)[2]。系統(tǒng)配置模塊的功能為對(duì)舞臺(tái)中所有的設(shè)備進(jìn)行查看、限位狀態(tài)設(shè)置、用戶參數(shù)信息查看等，并通過與下位PLC之間的通行，保證下位PLC運(yùn)行的安全性;設(shè)備控制模塊的功能為控制設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包含升降、平移、定位、定速等，同時(shí)，將設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)信息傳輸給下位PLC，為下位PLC控制設(shè)備的運(yùn)行提供相應(yīng)的信息;設(shè)備監(jiān)控模塊的功能為對(duì)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。

第二，下位PLC控制程序設(shè)計(jì)。軟件編程時(shí)采用的工具為Step7 V5.4工具，語言為梯形圖編程語言。經(jīng)吊桿的運(yùn)行流程可知，在PLC編程中，變速算法為其核心，吊桿運(yùn)行參數(shù)產(chǎn)生后，系統(tǒng)會(huì)將變速算法子程序調(diào)用，通過該子程序完成速度計(jì)算，變頻器經(jīng)過Profibus-DP總線的控制，實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)變速，同時(shí)，位置換算時(shí)，采用增量式編碼器的脈沖數(shù)，將吊桿當(dāng)前位置計(jì)算出來后，利用以太網(wǎng)，將吊桿位置信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)中，上位機(jī)依據(jù)接收的位置信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控吊桿，保證吊桿定位的精準(zhǔn)性[3]。

結(jié)論：舞臺(tái)吊桿定位控制系統(tǒng)中應(yīng)用變頻技術(shù)后，有效的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)勻速控制中存在的誤差大等問題，提升了吊桿定位控制的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了零速制度，避免了運(yùn)動(dòng)慣性及機(jī)械延時(shí)對(duì)吊桿定位精確度的影響，實(shí)現(xiàn)高精度定位，保證了劇場(chǎng)演出的順利進(jìn)行。現(xiàn)今，在多個(gè)劇場(chǎng)中已經(jīng)開始應(yīng)用此舞臺(tái)吊桿定位控制系統(tǒng)，取得了良好的成果，具有比較高的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙慶國(guó)，胡心科.變速算法在舞臺(tái)吊桿控制中的應(yīng)用[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2012，（05）：43-45.

[2]王小軼，武少飛.自適應(yīng)模糊PID在舞臺(tái)吊桿控制中的應(yīng)用[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2013，（02）：42-45.

[3]董改花.切換矩陣系統(tǒng)在舞臺(tái)吊桿變頻器中的應(yīng)用[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2013，（05）：49-51.