舞臺機械控制系統(tǒng)多電機同步控制分析

王小君

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

關鍵詞：舞臺機械；控制系統(tǒng)；多電機；同步控制

在控制舞臺的時候，不但要依靠電機驅動裝置，在舞臺控制中，電機同步控制技術也是其中的核心技術之一，旋轉臺、防火幕、升降臺等舞臺設施都要由多臺電機一同完成控制。一旦沒有協(xié)調控制多臺電機，對演出效果必將帶來很大的影響。所以，文章通過對舞臺機械控制系統(tǒng)多電機同步控制相關內容進行了分析。

1 多電機同步控制的相關闡述

這種控制指的是在確保系統(tǒng)快速性與高精度的基礎上，令多個電機一同工作。電控制與機械控制是兩種主要的控制方式。初期的控制系統(tǒng)，經常對機械同步控制方式進行應用，對機械的傳動裝置進行應用，將各個運動部分連接到一塊，進而完成多軸同步的目的，能夠非常簡單的完成這種同步操作，難度在電氣系統(tǒng)設計中較少，所以，在設備相對固定且對控制精度要求低的場合得到了有效的應用。機械同步控制方法在上個設計所搭建的舞臺機械控制系統(tǒng)中得到了大量的應用。然而，在科技不斷發(fā)展的推動下，極大的提升了人們的生活質量，也將越來越高的精度要求拋向了同步控制，此外，隨著電機控制技術的不斷發(fā)展，從而能夠同步完成多臺電機的驅動，從而將同步控制精度和質量提升，這就是我們所講的電控方式。應用一臺電機驅動電控方式的各個軸，利用主控制器，確保每個軸的電機能夠協(xié)調工作，進而同步運行。同機械控制方式進行比較，電控方式控制精度會更高，較大的同搭建靈活性，能夠非常容易的改動設備，能夠低成本的完成設備的維護。

2 具體的控制對策分析

2.1 主從式控制

在跟隨原理的串聯(lián)運行方式的基礎上發(fā)展起來了主從控制，簡單而言，就是將下一臺電機的速度輸入用上一臺電機的速度輸出，就是主動電機的速度變化由從動單機進行跟蹤，進而完成同步的目的。

在此種控制方案中，從電機的轉速參考值是由主電機的輸出轉速所提供出來的。通過分析能夠發(fā)現，從動電機越是靠后，所用的調節(jié)時間就會越長，才可以穩(wěn)定下來。當存在較多的電機數目時，從動電機越是靠后，響應也就慢。在從動電機上會完全的反應出主電機上的負載擾動或者速度變化情況，然而，不會向主電機中反饋從動電機上的擾動，造成在突加干擾與啟動的時候，會有很大的同步誤差出現在其中。因為非常簡單的就可以實現這種同步控制結構，所以，同步電機數目較少的工程或者電機之間主從關系明確的工程中應用的較多。

2.2 并行控制

在相同給定電壓并聯(lián)運行方式基礎上完成這種控制，這種同步方法相對而言最簡單。將同一給定電壓應用到調速系統(tǒng)中，在控制目標大致相同的情況下比較適合應用此種方法，速度穩(wěn)定性在驅動器非常合理，進而能夠更好完成系統(tǒng)控制。

同步控制系統(tǒng)中應用并聯(lián)運行方式，有著搭建簡易的優(yōu)越性，并且，停止階段和啟動階段系統(tǒng)的同步性能都非常的優(yōu)越。然而，因為相當于開環(huán)控制整個系統(tǒng)，協(xié)調反饋情況根本不會發(fā)生于電機之間。在運行的時候，當擾動某一臺電機時，這樣將會有偏差出現在電機之間的同步中，最后造成電機難以同步，總的來講，就是有著較差的同步性能，主要是在電機運行或者簡單擾動的場合中比較適合應用這種方法。

2.3 耦合交叉控制

由Koren于1980年研究出的這種控制策略，能夠將兩軸控制系統(tǒng)的精度有效的提升上來，這種控制對策的基本特征為：合理的對比分析位置反饋信號、電機的速度，附加的反饋信號即為所得到的轉速差，而且，跟蹤信號就是由合這個附加的反饋信號進行表示的，分別補償兩臺電機轉速。這樣確保任何一臺電機的負荷變化情況都能夠通過系統(tǒng)反映出來，進而將更高的控制精度展現出來。然而，將兩軸電機的控制精度提升上來是此策略的最初目的，雖然能夠同步控制兩臺電機，然而卻很難確定是否，而已對三臺以上的電機進行同步控制。

為了簡化控制公式，同步控制更多的電機，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。不但多電機控制能夠利用耦合控制給予完成，同時，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。

2.4 偏差耦合策略

將其他電機的轉速與某一臺電機的轉速相應的做差，相加所得到的轉速以后，將相應的補償信號為該電機的速度提供出來，這樣每個電機轉動慣量的差異就可以用它進行補償，對于種種測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，然而，計算量過于龐大是這種控制策略的不足所在。進而就將更高的要求拋向了整個系統(tǒng)的實現性與計算速度。

2.5 相鄰耦合策略

在最小相關軸數目的基礎上發(fā)展起來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重要方面，所以，有兩個同步誤差控制器及跟蹤誤差控制器存在于各臺電機控制器當中。各個軸的控制轉矩，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。對于相鄰兩個周的情況，各個軸的控制是一定要進行認真考慮的。對外部擾動能夠非常迅速的進行收斂跟蹤是相鄰耦合控制的優(yōu)點所在，動態(tài)性能在其中非常優(yōu)越。然而，因為各個軸都應該監(jiān)督控制相鄰兩個軸的具體運行情況，因此，在系統(tǒng)進行搭建的過程中，系統(tǒng)會更加的復雜，設備成本會更大。

2.6 環(huán)形耦合策略

通過相鄰耦合控制策略發(fā)展而來的環(huán)形耦合控制策略，在同一給定控制和耦合補償原理基礎上發(fā)展而來的，在對給定轉速和各臺電機轉速之間誤差進行充分考慮的基礎上，同時，對于相鄰一臺電機和該電機轉速之間的差異也需要認真的進行分析與考慮，只要干擾到了系統(tǒng)中任何一臺電機，并且有變化出現當中，都會有反饋形成與相鄰電機之間，最后就會影響到每一個電機，這樣就會有相互耦合的問題出現在各個電機之間，進而出現耦合環(huán)。

對這種方法進行應用，參數信號會被全部電機所跟隨，確保了在啟動或者停止系統(tǒng)時，同步性能都非常的優(yōu)越。在耦合環(huán)的影響下，電機負載所帶來的擾動能夠快速收斂且同步誤差不大，將系統(tǒng)的動態(tài)特性與抗干擾性能夠明顯的提升。

3 結束語

綜上所述，隨著技術的不斷成熟，一些先進的技術與設備不斷的被應用到舞臺當中，這樣極大的提升了舞臺的表演效果。但是，我們國家的舞臺技術同西方一些發(fā)達國家對比還有很多地方需要學習與強化，其中舞臺機械控制環(huán)境是確保打造高質量舞臺效果的關鍵所在，是我們進行舞臺效果強化的重點。所以，文章通過相關方面的進行了內容闡述，從而為有關技術人員在實際工作中提供一定的借鑒作用。

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