田喜 新疆廣播電視臺技術(shù)制作中心

隨著各種舞臺演出活動的增加，舞臺機(jī)械系統(tǒng)的作用更加明顯，尤其是近年來應(yīng)用較為廣泛的升降舞臺，已經(jīng)成了整個表演體系中不可缺少的組成部分。當(dāng)代使用較為頻繁的升降舞臺機(jī)械種類繁多，整個升降舞臺運(yùn)行的過程當(dāng)中，需要各部件密切配合，所以運(yùn)行形式較多，邏輯關(guān)系極其復(fù)雜，因此，對安全性的要求也就比較高。近年來頻繁發(fā)生的升降臺突然下落事件為我們敲響了警鐘，也為機(jī)械的安全性與可靠性提出了更高的要求。

一、電機(jī)同步控制技術(shù)

我國在舞臺機(jī)械方面的發(fā)展起步的比較晚，與國外一些發(fā)達(dá)國家相比，我國舞臺機(jī)械技術(shù)甚至比較落后，尤其是與國內(nèi)的PLC 控制系統(tǒng)相比較而言，國外的軸控制系統(tǒng)安全性更加明顯。這可能是因?yàn)橄到y(tǒng)不同，其應(yīng)用的可靠性方面也存在了一些差異。近年來被廣泛應(yīng)用于升降舞臺中的技術(shù)主要有電機(jī)同步控制技術(shù)。由于一般的升降舞臺系統(tǒng)中包括了無數(shù)塊臺面系統(tǒng)，為了保證演出的效果達(dá)到最優(yōu)化，就需要將升降舞臺系統(tǒng)進(jìn)行同步控制，也就是將升降臺進(jìn)行同步控制，但是由于升降臺極易受到負(fù)載變化、機(jī)械間隙、電機(jī)自身參數(shù)等多個因素的影響，導(dǎo)致升降臺同步控制難度較高。實(shí)際上舞臺升降臺系統(tǒng)的同步控制也就是對多個電機(jī)進(jìn)行同步控制，比如目前比較常用的并聯(lián)控制、串聯(lián)主從控制、交叉耦合控制、電子虛擬總軸控制、偏差耦合控制等多種控制方式，如果對多個電機(jī)進(jìn)行并聯(lián)控制，其中的某一臺電機(jī)出現(xiàn)故障后，其他電機(jī)會隨之產(chǎn)生同步偏差，導(dǎo)致同步控制性能降低；如果升降舞臺系統(tǒng)中采用了串聯(lián)組成控制方式對各個電機(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行控制，則極有可能發(fā)生電擊波不同步情況，導(dǎo)致控制效果不佳；也有研究人員采用了交叉耦合控制方式，一般對于雙軸同步電機(jī)的控制，此種控制方式則能夠取得較好的效果，但是如果一個升降舞臺系統(tǒng)中出現(xiàn)了兩臺甚至兩臺以上的電機(jī)，此種控制方式極易出現(xiàn)控制混亂情況，導(dǎo)致控制效果降低，升降舞臺系統(tǒng)的安全性得不到保障；電子虛擬總軸控制方式當(dāng)電機(jī)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)發(fā)生變化時，極易出現(xiàn)軸間偏離現(xiàn)象；偏差耦合控制方式其同步控制性能較好，目前應(yīng)用的也最為廣泛，但是如果系統(tǒng)運(yùn)行過程中采用了不同的補(bǔ)償方式時，其控制效果也會出現(xiàn)差異。

二、預(yù)測控制技術(shù)

預(yù)測控制技術(shù)來源于工業(yè)行業(yè)，其有效的結(jié)合了工業(yè)實(shí)際需求，目前，預(yù)測控制算法得到了不斷的改進(jìn)，這是因?yàn)椴捎昧硕嗖筋A(yù)測、滾動優(yōu)化、反饋矯正等控制策略，控制效果較好，由于此種技術(shù)建模比較方便，動態(tài)性能較佳，并且對模型的精度要求比較低，跟蹤性能較好，在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。雖然預(yù)測控制技術(shù)的應(yīng)用取得了較好的效果，但是與常規(guī)的 PID 控制算法相比較而言，模型預(yù)測控制算法比較復(fù)雜，加上計算量比較大，用時比較久，準(zhǔn)確率得不到保障，尤其對于一些準(zhǔn)確率要求比較嚴(yán)格的控制系統(tǒng)中，此種模型預(yù)測控制算法應(yīng)用效果較低，難以達(dá)到預(yù)期效果。較常用于對慢變過程的控制。近年來，所產(chǎn)生的第3 代模型預(yù)測控制算法，在上述優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，各控制輸入更加有規(guī)律，在線計算量明顯減少，逐漸將其應(yīng)用在了對控制算法快速性要求較高的升降舞臺機(jī)械控制中。

三、故障診斷與容錯控制技術(shù)

近年來，故障診斷與容錯控制技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在了對升降舞臺機(jī)械控制中，此種控制技術(shù)有效的實(shí)現(xiàn)了升降舞臺機(jī)械的閉環(huán)控制，編碼器是故障診斷與容錯控制技術(shù)中必不可少的一部分，其也屬于傳感器的一種，如果整個系統(tǒng)中編碼器出現(xiàn)故障，則也就不能準(zhǔn)確的反饋速度信號和位置信號，導(dǎo)致其控制性能降低。故障診斷與容錯控制技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)幋a器所出現(xiàn)的故障進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測，再通過可靠的容錯控制，能夠在很大程度上提高升降舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)的安全性和可靠性。有研究人員在升降舞臺系統(tǒng)中應(yīng)用了故障診斷與容錯控制技術(shù)，主要采用了組合網(wǎng)絡(luò)，組合網(wǎng)絡(luò)中包括了主神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（主要負(fù)責(zé)對傳感器故障的檢測）和子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（主要負(fù)責(zé)傳感器故障的定位以及功能的恢復(fù)），通過此種組合網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了對傳感器故障的診斷及容錯控制，互相配合使用，有效的保證了升降舞臺機(jī)械控制的安全性。因此，我們發(fā)現(xiàn)，在升降舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)中采用故障診斷與容錯控制技術(shù)，編碼器是其中極其重要的傳感器。升降舞臺需要相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行連續(xù)的運(yùn)行，當(dāng)舞臺機(jī)械出現(xiàn)危險運(yùn)行信號時，相關(guān)的設(shè)備就會立即停止運(yùn)行。相關(guān)人員要將故障診斷與容錯控制有效的應(yīng)用在舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)中，及時發(fā)現(xiàn)故障并隔離，提高舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)的安全性，保證升降舞臺的安全運(yùn)行。

總之，隨著我國先進(jìn)的控制技術(shù)的不斷更新及優(yōu)化，也為我國升降舞臺控制系統(tǒng)提供了新的方向，工作人員應(yīng)在不改變現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用較優(yōu)的舞臺機(jī)械控制系統(tǒng)，進(jìn)一步提高升降舞臺機(jī)械系統(tǒng)的安全性和可靠性，為舞臺演出做好安全保障。