智能升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)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(guó)目前大量建設(shè)和改建的劇場(chǎng)、演播廳的升降和旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)機(jī)械為控制對(duì)象，研究適合我國(guó)國(guó)情的先進(jìn)的舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)，進(jìn)而為舞臺(tái)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(shí)產(chǎn)權(quán)的高精度、高可靠、人機(jī)界面友好的多功能舞臺(tái)綜合機(jī)械控制裝置及發(fā)展舞臺(tái)控制技術(shù)的相關(guān)理論，解決國(guó)內(nèi)在建的大量中小型文化設(shè)施中智能舞臺(tái)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(yíng)效益。

1 理論方法

在對(duì)國(guó)內(nèi)外舞臺(tái)自動(dòng)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(tái)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(hào)采集及電氣拖動(dòng)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(chǎng)信號(hào)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(tái)，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(dòng)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)體系；研究升降、旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)控制中高精度控制算法。其中主要研究舞臺(tái)的停車精度控制和多塊升降過程中動(dòng)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(dòng)控制算法，在有些時(shí)候不能夠滿足這種要求，尤其是動(dòng)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(duì)舞臺(tái)設(shè)備的特殊對(duì)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(duì)舞臺(tái)升降和旋轉(zhuǎn)的精確控制。要實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的精確定位和動(dòng)態(tài)過程的平穩(wěn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)不允許在升降運(yùn)動(dòng)過程中出現(xiàn)超調(diào)，因此在舞臺(tái)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(tái)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、慣性、載荷都有關(guān)，而且會(huì)隨著舞臺(tái)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(dòng)學(xué)習(xí)校正這種變化，使舞臺(tái)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(tái)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(tái)自動(dòng)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(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)。

主要特點(diǎn)如下：1）在隨動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合模糊控制算法，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)在運(yùn)行過程中自動(dòng)對(duì)比速度及空間位置，并進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整；2）能夠根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際情況，自動(dòng)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(dòng)修正停車誤差；3）升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)在升降過程中各個(gè)升降塊的動(dòng)態(tài)位置誤差不大于2mm；4）升降旋轉(zhuǎn)舞臺(tái)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(yǔ)

綜上，該系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)新建舞臺(tái)和改造舞臺(tái)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(tái)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(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，滿足了市場(chǎng)需求，其性能價(jià)格比在國(guó)內(nèi)國(guó)際市場(chǎng)均有明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)推動(dòng)我國(guó)舞臺(tái)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(chǎng)前景廣闊，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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