智能升降旋轉(zhuǎn)舞臺控制系統(tǒng)開發(fā)

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(shí)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(jì)的技術(shù)特點(diǎn)，確定了總體設(shè)計(jì)方案。

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

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

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(jì)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(jì)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(shí)候不能夠滿足這種要求，尤其是動態(tài)保持各個(gè)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(shí)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(jì)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(shí)候，需要按照某個(gè)曲線預(yù)先減速停車。這個(gè)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(diǎn)。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(diǎn)

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(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了行業(yè)應(yīng)用設(shè)備的通用平臺設(shè)計(jì)技術(shù)。

主要特點(diǎn)如下：1）在隨動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合模糊控制算法，實(shí)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(shí)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(gè)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(xiàng)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(diǎn)，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(shí)用價(jià)值和推廣價(jià)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(jià)格比在國內(nèi)國際市場均有明顯的競爭優(yōu)勢。同時(shí)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。

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