舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)多電機(jī)同步控制分析

王小君

摘 要：藝術(shù)表演離不開(kāi)劇場(chǎng)的支撐，然而，在劇場(chǎng)中也不可缺少舞臺(tái)機(jī)械。它空間位置變化豐富、速度快慢不一，形式變化多端，所以，如何的控制舞臺(tái)效果，就需要從舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)入手，多電機(jī)同步控制系統(tǒng)能夠很好的滿足以上多樣的舞臺(tái)需求，所以，必須要引起重視。

關(guān)鍵詞：舞臺(tái)機(jī)械；控制系統(tǒng)；多電機(jī)；同步控制

在控制舞臺(tái)的時(shí)候，不但要依靠電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，在舞臺(tái)控制中，電機(jī)同步控制技術(shù)也是其中的核心技術(shù)之一，旋轉(zhuǎn)臺(tái)、防火幕、升降臺(tái)等舞臺(tái)設(shè)施都要由多臺(tái)電機(jī)一同完成控制。一旦沒(méi)有協(xié)調(diào)控制多臺(tái)電機(jī)，對(duì)演出效果必將帶來(lái)很大的影響。所以，文章通過(guò)對(duì)舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)多電機(jī)同步控制相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了分析。

1 多電機(jī)同步控制的相關(guān)闡述

這種控制指的是在確保系統(tǒng)快速性與高精度的基礎(chǔ)上，令多個(gè)電機(jī)一同工作。電控制與機(jī)械控制是兩種主要的控制方式。初期的控制系統(tǒng)，經(jīng)常對(duì)機(jī)械同步控制方式進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)機(jī)械的傳動(dòng)裝置進(jìn)行應(yīng)用，將各個(gè)運(yùn)動(dòng)部分連接到一塊，進(jìn)而完成多軸同步的目的，能夠非常簡(jiǎn)單的完成這種同步操作，難度在電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中較少，所以，在設(shè)備相對(duì)固定且對(duì)控制精度要求低的場(chǎng)合得到了有效的應(yīng)用。機(jī)械同步控制方法在上個(gè)設(shè)計(jì)所搭建的舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。然而，在科技不斷發(fā)展的推動(dòng)下，極大的提升了人們的生活質(zhì)量，也將越來(lái)越高的精度要求拋向了同步控制，此外，隨著電機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，從而能夠同步完成多臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，從而將同步控制精度和質(zhì)量提升，這就是我們所講的電控方式。應(yīng)用一臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電控方式的各個(gè)軸，利用主控制器，確保每個(gè)軸的電機(jī)能夠協(xié)調(diào)工作，進(jìn)而同步運(yùn)行。同機(jī)械控制方式進(jìn)行比較，電控方式控制精度會(huì)更高，較大的同搭建靈活性，能夠非常容易的改動(dòng)設(shè)備，能夠低成本的完成設(shè)備的維護(hù)。

2 具體的控制對(duì)策分析

2.1 主從式控制

在跟隨原理的串聯(lián)運(yùn)行方式的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)了主從控制，簡(jiǎn)單而言，就是將下一臺(tái)電機(jī)的速度輸入用上一臺(tái)電機(jī)的速度輸出，就是主動(dòng)電機(jī)的速度變化由從動(dòng)單機(jī)進(jìn)行跟蹤，進(jìn)而完成同步的目的。

在此種控制方案中，從電機(jī)的轉(zhuǎn)速參考值是由主電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速所提供出來(lái)的。通過(guò)分析能夠發(fā)現(xiàn)，從動(dòng)電機(jī)越是靠后，所用的調(diào)節(jié)時(shí)間就會(huì)越長(zhǎng)，才可以穩(wěn)定下來(lái)。當(dāng)存在較多的電機(jī)數(shù)目時(shí)，從動(dòng)電機(jī)越是靠后，響應(yīng)也就慢。在從動(dòng)電機(jī)上會(huì)完全的反應(yīng)出主電機(jī)上的負(fù)載擾動(dòng)或者速度變化情況，然而，不會(huì)向主電機(jī)中反饋從動(dòng)電機(jī)上的擾動(dòng)，造成在突加干擾與啟動(dòng)的時(shí)候，會(huì)有很大的同步誤差出現(xiàn)在其中。因?yàn)榉浅：?jiǎn)單的就可以實(shí)現(xiàn)這種同步控制結(jié)構(gòu)，所以，同步電機(jī)數(shù)目較少的工程或者電機(jī)之間主從關(guān)系明確的工程中應(yīng)用的較多。

2.2 并行控制

在相同給定電壓并聯(lián)運(yùn)行方式基礎(chǔ)上完成這種控制，這種同步方法相對(duì)而言最簡(jiǎn)單。將同一給定電壓應(yīng)用到調(diào)速系統(tǒng)中，在控制目標(biāo)大致相同的情況下比較適合應(yīng)用此種方法，速度穩(wěn)定性在驅(qū)動(dòng)器非常合理，進(jìn)而能夠更好完成系統(tǒng)控制。

同步控制系統(tǒng)中應(yīng)用并聯(lián)運(yùn)行方式，有著搭建簡(jiǎn)易的優(yōu)越性，并且，停止階段和啟動(dòng)階段系統(tǒng)的同步性能都非常的優(yōu)越。然而，因?yàn)橄喈?dāng)于開(kāi)環(huán)控制整個(gè)系統(tǒng)，協(xié)調(diào)反饋情況根本不會(huì)發(fā)生于電機(jī)之間。在運(yùn)行的時(shí)候，當(dāng)擾動(dòng)某一臺(tái)電機(jī)時(shí)，這樣將會(huì)有偏差出現(xiàn)在電機(jī)之間的同步中，最后造成電機(jī)難以同步，總的來(lái)講，就是有著較差的同步性能，主要是在電機(jī)運(yùn)行或者簡(jiǎn)單擾動(dòng)的場(chǎng)合中比較適合應(yīng)用這種方法。

2.3 耦合交叉控制

由Koren于1980年研究出的這種控制策略，能夠?qū)奢S控制系統(tǒng)的精度有效的提升上來(lái)，這種控制對(duì)策的基本特征為：合理的對(duì)比分析位置反饋信號(hào)、電機(jī)的速度，附加的反饋信號(hào)即為所得到的轉(zhuǎn)速差，而且，跟蹤信號(hào)就是由合這個(gè)附加的反饋信號(hào)進(jìn)行表示的，分別補(bǔ)償兩臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速。這樣確保任何一臺(tái)電機(jī)的負(fù)荷變化情況都能夠通過(guò)系統(tǒng)反映出來(lái)，進(jìn)而將更高的控制精度展現(xiàn)出來(lái)。然而，將兩軸電機(jī)的控制精度提升上來(lái)是此策略的最初目的，雖然能夠同步控制兩臺(tái)電機(jī)，然而卻很難確定是否，而已對(duì)三臺(tái)以上的電機(jī)進(jìn)行同步控制。

為了簡(jiǎn)化控制公式，同步控制更多的電機(jī)，相鄰耦合控制、環(huán)形耦合控制、偏差耦合控制等控制不斷的被研究出來(lái)。不但多電機(jī)控制能夠利用耦合控制給予完成，同時(shí)，將系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性和控制精度也能夠非常有效的提升上來(lái)。

2.4 偏差耦合策略

將其他電機(jī)的轉(zhuǎn)速與某一臺(tái)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相應(yīng)的做差，相加所得到的轉(zhuǎn)速以后，將相應(yīng)的補(bǔ)償信號(hào)為該電機(jī)的速度提供出來(lái)，這樣每個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的差異就可以用它進(jìn)行補(bǔ)償，對(duì)于種種測(cè)試控制的不足都能有效的予以克服，將更高的同步控制性能彰顯出來(lái)，然而，計(jì)算量過(guò)于龐大是這種控制策略的不足所在。進(jìn)而就將更高的要求拋向了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)性與計(jì)算速度。

2.5 相鄰耦合策略

在最小相關(guān)軸數(shù)目的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的相鄰耦合控制策略，其中同步誤差控制與跟蹤誤差控制是其中兩個(gè)重要方面，所以，有兩個(gè)同步誤差控制器及跟蹤誤差控制器存在于各臺(tái)電機(jī)控制器當(dāng)中。各個(gè)軸的控制轉(zhuǎn)矩，都可以令此軸同鄰近兩軸及此軸的跟蹤誤差穩(wěn)定的完成工作。對(duì)于相鄰兩個(gè)周的情況，各個(gè)軸的控制是一定要進(jìn)行認(rèn)真考慮的。對(duì)外部擾動(dòng)能夠非常迅速的進(jìn)行收斂跟蹤是相鄰耦合控制的優(yōu)點(diǎn)所在，動(dòng)態(tài)性能在其中非常優(yōu)越。然而，因?yàn)楦鱾€(gè)軸都應(yīng)該監(jiān)督控制相鄰兩個(gè)軸的具體運(yùn)行情況，因此，在系統(tǒng)進(jìn)行搭建的過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)更加的復(fù)雜，設(shè)備成本會(huì)更大。

2.6 環(huán)形耦合策略

通過(guò)相鄰耦合控制策略發(fā)展而來(lái)的環(huán)形耦合控制策略，在同一給定控制和耦合補(bǔ)償原理基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，在對(duì)給定轉(zhuǎn)速和各臺(tái)電機(jī)轉(zhuǎn)速之間誤差進(jìn)行充分考慮的基礎(chǔ)上，同時(shí)，對(duì)于相鄰一臺(tái)電機(jī)和該電機(jī)轉(zhuǎn)速之間的差異也需要認(rèn)真的進(jìn)行分析與考慮，只要干擾到了系統(tǒng)中任何一臺(tái)電機(jī)，并且有變化出現(xiàn)當(dāng)中，都會(huì)有反饋形成與相鄰電機(jī)之間，最后就會(huì)影響到每一個(gè)電機(jī)，這樣就會(huì)有相互耦合的問(wèn)題出現(xiàn)在各個(gè)電機(jī)之間，進(jìn)而出現(xiàn)耦合環(huán)。

對(duì)這種方法進(jìn)行應(yīng)用，參數(shù)信號(hào)會(huì)被全部電機(jī)所跟隨，確保了在啟動(dòng)或者停止系統(tǒng)時(shí)，同步性能都非常的優(yōu)越。在耦合環(huán)的影響下，電機(jī)負(fù)載所帶來(lái)的擾動(dòng)能夠快速收斂且同步誤差不大，將系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性與抗干擾性能夠明顯的提升。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著技術(shù)的不斷成熟，一些先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備不斷的被應(yīng)用到舞臺(tái)當(dāng)中，這樣極大的提升了舞臺(tái)的表演效果。但是，我們國(guó)家的舞臺(tái)技術(shù)同西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)比還有很多地方需要學(xué)習(xí)與強(qiáng)化，其中舞臺(tái)機(jī)械控制環(huán)境是確保打造高質(zhì)量舞臺(tái)效果的關(guān)鍵所在，是我們進(jìn)行舞臺(tái)效果強(qiáng)化的重點(diǎn)。所以，文章通過(guò)相關(guān)方面的進(jìn)行了內(nèi)容闡述，從而為有關(guān)技術(shù)人員在實(shí)際工作中提供一定的借鑒作用。

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