舞台机械多电机同步控制的仿真研究
基于PLC的舞台机械控制系统的研究与设计
吊杆是一种悬吊装置，装在舞台上空，用它提升景片、挂设幕布、悬吊灯具等舞台用具。
其数量众多，使用频繁，是舞台上必备的设备。
传统的舞台吊杆控制系统多采用继电器、接触器控制方式。
由于剧场中的吊杆数量很多，所需要的继电器、接触器数目庞大，接线复杂，造成控制系统的可靠性很差。
可编程控制器是传统的继电器接触器控制方式与计算机技术的完美结合，具有可靠性高，编程直观容易的特点，己在工业控制中获得广泛应用。
另外，目前的PLC都具备通讯接口，可以与其它PLC或计算机组成网络控制系统。
这些特点决定了PLC是舞台吊杆控制器系统的首选对象。
为了便于系统的监控和管理，控制系统应具有良好人机对话窗口，即需要上位机对系统进行监控和管理。
近年来，由于组态技术的发展，基于通用组态软件，以IPC为上位监控机，以PLC为数据采集和控制机而构成的集散式(分布式)控制系统是主流方向。
舞台吊杆的控制也理当顺应了这一发展趋势。
本文研究目标是研究、开发一套基于组态软件技术和PLC控制技术的集散式舞台吊杆控制系统。
具体方案是上位机选用研华工业控制机，下位机采用西门子S7-300，构成单个微机监控多个PLC的分布式网络结构。
上位机起监控和管理作用，下位机起控制作用。
本文研究的主要内容是：(1)集散式吊杆控制系统框架的构建；(2)上位机吊杆控制系统监控软件(画面)的设计；(3)下位机单台吊杆定位控制系统的设计。
关键词：舞台吊杆；PLC控制；HMI；下位机1.绪论 (1)1.1选题背景与意义 (2)1.2 国内外发展现状 (1)1.2.1国内发展现状 (1)1.2.2国外发展现状 (3)1.2.3国内外发展现状对比 (4)1.3 研究的主要内容 (6)2.系统概述 (7)2.1舞台机械设备的功能与特点 (7)2.2原理框图 (8)2.3方案的论证与选择 (8)2.3.1工业控制概况 (8)2.3.2 方案的选择 (9)3.PLC硬件设计 (10)3.1可编程控制器（PLC）概述 (10)3.1.1 可编程控制器的功能 (10)3.1.2可编程控制器的基本性能指标 (10)3.2 PLC型号的选择 (11)3.3 PLC模块选择 (11)3.3.1 CPU (11)3.3.2 SM321数字量输入模块 (11)3.3.3 SM322数字量输出模块 (12)3.3.4 SM331模拟量输入模块 (12)3.3.5 电源模块（PS307 5A） (13)3.4 PLC通信技术 (14)3.4.1 S7-300的通信网络 (14)3.4.2通信接口介绍 (14)3.5 变频器 (15)3.5.1 变频器的选型 (15)3.5.2 变频器的工作原理 (15)4.软件设计 (19)4.1．S7-300软件系统介绍 (19)4.1.1 PLC编程语言的国际标准 (19)4.1.2 STEP 7 中的编程语言 (19)4.1.3 编程语言的选用 (19)4.2程序设计 (19)4.2.1 主程序和子程序的实现 (20)5.设计总结 (24)5.1系统的特点与展望 (24)5.2系统的缺陷与改进 (24)总结 (25)致谢 (26)参考文献 (27)附录 (28)1.绪论1.1选题背景与意义本设计以珠江源大剧院舞台机械控制系统为工程背景，主要是对舞台的大幕及吊笼的控制。
多电机同步控制在升降舞台系统中的应用
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电 气 传 动 和 自动 控 制
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《 电气 自 动化 ｝ ０ ０年 第舞 台系统 中的应 用 六
李 炜 王启 业 龚 建 兴
（．兰 州 理 工 大 学 电气 工 程 与信 息 工 程 学 院 ， １ 甘肃 兰 州 ７ ０ ５ ； ．甘 肃 工 大舞 台技 术 工 程 有 限公 司 ， ３００ ２ 甘肃 兰 州 ７ ０ ５ ） ３ ０ ０ 摘 要 ： 四台 电 动 机分 别 拖 动 四个 升 降 舞 台 为 研 究 背 景 ， 析 了在 实 际 工 程 中 造成 多个 升 降舞 台运 行 不 同步 的主 要 因 素 以 及传 动 装 置 以 分 中 的齿 隙对 升 降 舞 台 启 动 过 程 的影 响 ， 出 了在 速 度 并 联 同步 控 制 的 基 础 上 引入 位 置 输 出耦 合 补 偿 控 制 来 实 现 剧 场 中 多个 升降 提 舞 台 的 混合 同步 控 制 ， 时 给 出一 个 满 足 不 同升 降 舞 台 工 程 的 同 步误 差 评 价 函数 。 真 结 果 与 工 程 应 用 均 表 明 ， 种 方 法很 好 的 同 仿 这
舞台调速吊杆同步控制策略研究与应用
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《 电气 自动化｝ ０ ０年第 ３ ２１ ２卷 第 ６期
舞 台调速 吊杆 同步控 制策 略研究与应 用 六
汤 子 龙 郑 小 芳 刘 春 华 （．甘 肃 工 大舞 台技 术 工 程 有 限 公 司 ；．兰 州 理 工 大 学 电气 工 程 与 信 息 工 程学 院 ， 肃 兰 州 ７ ０ ５ ； １ ２ 甘 ３ ０ ０ ３ ．河 北 理 工大 学机 械 工 程 学 院 ， 河北 唐 山 ０ ３ ０ ） ６ ０ ９
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浅谈舞台机械的同步控制
浅谈舞台机械的同步控制摘要:本文分析了舞台同步控制实现的几种方式,重点探讨了主从同步控制方式和虚拟主轴控制方式的布局形式、实现方法和工作原理。
关键词:舞台机械同步控制变频器近年来,国家《十一五发展规划》及文化部文化发展纲要都明确提出了要振兴文体事业,进一步加强对文化体育事业的重视与投入;许多城市都在筹备建设剧院、体育馆之类的演出场所。
为满足大型歌剧、舞剧、芭蕾舞剧、大型交响乐和大型综合文艺演出的要求,各场馆的规模在不断扩大,对舞台控制技术的要求也越来越高。
目前,剧院建设中舞台机械的同步控制在已经成为一个必备的技术指标。
1 同步控制的实现方式同步控制主要是指对速度的控制和对位置的控制二种方式,具体选用何种控制形式要根据各自的场合来确定。
有的要求速度和位置同时控制,有的只要求控制速度或只要求控制位置。
同步控制有多种实现方法,其中最主要的是交直流伺服电机控制系统和变频异步电机控制系统,这二者各具特色。
伺服电机控制系统的设备比较特殊,系统本身也很复杂,价格昂贵;这就使得此种方法的应用受到很大的限制,一般舞台同步控制中很少采用这个方法;它的优点是具有很高的控制精度和良好的动态性。
相比较而言,变频异步电机系统则应用比较普遍,采用变频器控制交流异步电动机来进行同步控制,因为具有价格低廉、维修简单和运行可靠的特点,已经成为舞台机械控制行业使用最普遍的控制方式。
用变频调速对舞台机械实现同步控制,要求两台或两台以上同类舞台设备以同位置运行,如各类升降台、同侧车台、景杆,在设定位置或设定行程后,以相同的速度同步运行。
有很多不同的实现方法。
下面介绍两种主流的同步运行控制方式:主从同步和虚拟主轴同步。
2 主从同步的控制方式2.1 主从控制方式的布局形式二套驱动装置同步往往采用主从同步的控制方式。
例如由二套电机驱动的一套升降台。
其机械结构为:把电动机分别安置于升降的左右两端,两个电动机之间的连接不使用刚性连接;通过对两个电动机在电控上的同步运行控制,实现升降台两侧的同时平稳升降。
基于PLC的升降舞台同步模糊控制系统研究
基于PLC的升降舞台同步模糊控制系统研究袁溪泽;齐向东【摘要】以现代舞台升降系统为研究对象,分析了传统升降舞台运行不同步的主要原因以及弊端,提出了在“主从同步”方式下结合模糊控制理论,将专家的控制经验及推理过程纳入系统当中,以实时变化的各升降舞台速度信息为反馈,利用PLC与计算机之间的通讯链接技术及简洁的软硬件,实现4台电动机分别拖动4个升降舞台的控制策略,完成升降舞台的高精度同步控制,满足了舞台演出的需要.仿真结果与工程应用均表明,这种控制系统很好的实现了多电机升降舞台的高精度同步控制.%This article takes the modern stage lifting system as the object of study, has analyzed the traditional lifting stage operation not synchronized with the main reason and malpractice, put forward the "master-slave synchronization" mode by combining the fuzzy control theory, puts the expert experience of control and reasoning process into the system, provides the real variation of each lifting stage speed information for feedback, using PLC and computer communication link technology and simple hardware and software, realizes the 4 motors respectively drive four stage control strategy, completes the lifting stage high precision synchronous control, to meet the needs of the stage performance . Simulation results and engineering application show that, the control system to achieve multiple motor lifting stage high precision synchronous control.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2012(000)003【总页数】4页(P98-101)【关键词】升降舞台;PLC;同步控制;模糊控制【作者】袁溪泽;齐向东【作者单位】太原科技大学电子信息工程学院,太原030024;太原科技大学电子信息工程学院,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TP273+.40 引言随着我国文化艺术事业的发展和人民艺术欣赏力的不断提高，各种剧场、娱乐厅、展示厅、会议室、体育馆等场所除了演出形式不断创新外，对舞台机械设备的功能、性能、品种、结构等也提出了越来越高的要求。
舞台机械同步精度测试系统的设计和使用
舞台机械同步精度测试系统的设计和使用作者：蒋其泓来源：《电子技术与软件工程》2016年第11期摘要多电机同步控制技术是舞台控制的核心技术之一，许多设备中都要用到这种控制方式，如吊杆群、升降舞台、转台等。
如果这些设备不能同步运行，就会出现舞台混乱并极易造成人身伤害，导致演出失败。
本文将对舞台机械同步精度测试现状及该项研究原因、测试仪系统总体情况以及多传感器测试仪系统和现场应用进行分析，并在此基础上进行总结，以供参考。
【关键词】舞台机械同步精度测试设计应用研究研究随着科学技术的不断发展，舞台技术也取得了长足的进步。
现代舞台机械系统，设备繁杂、控制点数多，只有让这些机械设备井然有序地运行，才能保证对人的安全性要求。
1 舞台机械同步精度测试现状与开展此项研究的原因舞台设备的同步精度，是剧场舞台机械设备的比较重要的技术参数指标，直接体现了舞台机械设备的加工，调装水平及控制系统工作的精密性、稳定性。
在文化行业标准2007版的《舞台设备验收程序》中，同步精度测试被定为性能测试里一项重要的测试指标，但此标准并未对检测方法做出具体要求。
受测量器具本身的技术局限，目前行业内一般的测量方法，是在同步的设备组运行停止后进行位置偏移量的测量，并不能在同组设备运行过程中进行偏移量的测量，这样测出的数据其实并不能作为严格意义上的同步测量数据。
另外，国内针对舞台设备同步精度检测方法的类似研究资料也很少，没有可以借鉴的经验。
我们通过这个项目的研究，设计了一套专用的测量仪器，并经过现场实验总结了使用此仪器的测量方法。
2 测试仪系统的总体介绍2.1 单测试传感器的测量采用单测试传感器的好处就是系统简单，测试系统本身不会产生误差，为了使用单个测试传感器，我们设计了45度相对位移测量法。
此测量方法只能对同组的两台设备进行测量，需要将一块反光板相对水平45度角安装在1号设备（电动吊杆）上，将测试传感器水平安装在2号设备（电动吊杆）上，两个设备同步运行时，传感器测出的距离变化量即是相对高度的变化量，以测出的这两个设备在同步运行过程中的相对变化量来作为同步精度的数据。
我国舞台机械运动控制系统的模式及特色
因此 ，越过了 国外舞 台机械传统的 “ 服务器 （ 主站 ）＋ 专业轴控制器 （ 从站 ）＋ 变频 驱动器＋ 交流 电机 ”控 制系统
模式 （ 见图５ ，采用 控制领域 国际流行 的 “ Ｌ （ ） Ｐ Ｃ 主站）＋
４ 我闰舞 台机 械运 动控制 系统 的构成 模 式
多功能数字矢 量控制变频器＋ 交流 电机”的通用设备 组合的
黟 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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动控 制卡 ，可以协 调多轴 运动控 制系统 ，使得 系统具有良
好的 控制性 能 。而另 一种 是基于 网络的运 动控制器 ，网络
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运动控制器使运动控制技术与网络技术有机结合 。
藤
运动控 制器分 为单轴 控制和 多轴控制 。单 轴控制只 能 控 制单 台 电机的 运 动 ． 轴 控 制器 可 同时 进 行多 变 量控 多 制 ，即同时 控制多 台 ｑ机 按设定 的程序及 变量相互 间协调 地运 动 ，从而 达到 实现各种 变量参 数的曲 线 、曲面 空间的
制 ，数据处理 ，通信及联网 。
３２ 对运动位 置 精度 定位 的要求 ．
舞台机械运动对定 位精度的要求 ： 定位精度 ｌ 。 土３ Ｉ ｎＩ ｌ
ＰＣ Ｌ 具有可靠性高、抗干扰能力强的特点。高可靠性是
电气控制设备的关键性能 。由于采用现代大规模集成 电路技 ３ 对 多运动 对 象速嚏 同步 运行 的要求 ． ３ 术和严格生产 工艺制造 ，内部电路又采用 了先进的抗干扰技 舞台机械运 动对同步精度的要求 ：同步精度 （ ｎｎ 士 ３ ｕ 术 ，Ｐ Ｃ Ｌ 具有很高的可靠性 。Ｐ Ｃ Ｌ 带有硬件故障 自我检测 功
舞 台机械 控制技 术和设备 的发展 。其 中 ，最具 代表 性的是
舞台机械设备电气控制方案的若干方面探讨
舞台机械设备电气控制方案的若干方面探讨舞台机械设备控制系统是根据舞台机械方案的特殊要求，通过最具先进性的系统和编码器的准确计算来定位，全套控制模式，由专业技术人员开发软件来事例系统；以工业总线通讯的方式进行数据的高速传输，使系统达到高精度、高响应、全自动动作。
一、控制系统通用技术1、电源舞台机械设备供电电源为50HZ，三相380V.AC，单相220V AC，电压波动范围为-10%～+10%。
电源引自贵场馆的分区配电室。
舞台机械设备的380V.AC/220V.AC级配电系统为TH-S系统（H线和PE线分开）。
2、控制系统的总体要求我们提供的控制系统已经过可靠性测试及充分的论证，完全可以完成所要求的功能。
同时满足各种技术规范与要求。
控制系统能稳定、安全、可靠地监控分散在台上、台下范围内的舞台机械设备，并满足装台、排练、演出对舞台机械设备的控制和操作要求。
控制系统高速实时监视设备运动的参数（速度、位置、限位等信号），各设备按设定的运动参数和内置于控制系统中的保护措施运行，以保证设备安全，并满足定位精度和同步精度的要求。
当有紧急情况发生或运动误差超过允许范围时，采取有效的措施。
设备运行的距离必须受到行程终止限位开关或超程限位开关的控制。
单体设备的控制装置相互独立。
3、控制方式的基本要求控制系统提供对舞台机械设备的不同控制方式。
控制系统的不同控制方式满足下面的基本要求。
（1）主控制系统主控制系统由标准的可编程序控制器和计算机用网络总线方式构成。
主控制系统提供正常情况下的全功能控制与操作，包括单体设备的控制、设备联锁、设备状态监视、预选择设备、设定运动参数、编组运行、场景记忆、场景序列、故障诊断、系统维护、操作向导等。
主要操作以屏幕窗口、图形、表格方式结合功能键盘或鼠标，并有适当的手动介入功能；可灵活进行返回、重复、跳跃和连续运行等操作。
为了充分满足装台、排练、演出等各种控制与操作要求，主控制系统的操作设备是多个操作台的组合，包括：主操作台、移动式操作盘，以方便在主控制室、舞台台面、台下、各层天桥等不同位置完成对设备运动的监控。
舞台威亚系统的协调同步与容错控制方法研究
舞台威亚系统的协调同步与容错控制方法研究舞台威亚系统的协调同步与容错控制方法研究引言：舞台威亚系统是一种用于演出和表演的机械装置，它能够实现舞台上各种复杂的运动和变化。
在大型演出中，多个舞台威亚系统需要协调同步工作，以确保演出的顺利进行。
同时，由于机械装置的特殊性，容错控制也是非常重要的，以避免发生意外事故。
本文将对舞台威亚系统的协调同步与容错控制方法进行研究。
一、舞台威亚系统的协调同步方法1.1 系统架构舞台威亚系统通常由多个电机、传动装置和控制器组成。
为了实现协调同步，需要对系统进行合理的架构设计。
可以将整个系统分为主控制器、从控制器和执行单元等不同层次。
1.2 主从模式在舞台威亚系统中，通常会采用主从模式来实现协调同步。
主控制器负责发送指令和监控整个系统的状态，而从控制器则负责接收指令并控制各个执行单元的运动。
通过主从模式，可以实现多个执行单元的协调同步工作。
1.3 通信协议为了实现主从模式的通信，需要选择合适的通信协议。
常见的通信协议有CAN、Ethernet等。
通过合理选择通信协议，可以确保指令的传输准确和实时性。
1.4 运动规划与控制在舞台威亚系统中，运动规划和控制是非常重要的环节。
通过合理规划运动轨迹和速度曲线，可以保证各个执行单元之间的同步性。
同时，在控制方面，需要考虑到系统的动态特性和响应速度，以实现精确控制。
二、舞台威亚系统的容错控制方法2.1 故障检测与诊断在舞台威亚系统中，故障的发生是不可避免的。
需要建立完善的故障检测与诊断机制。
通过监测系统各个部件的状态和参数，并进行故障诊断分析，可以及时发现并解决潜在问题。
2.2 容错设计为了提高系统的容错性能，在设计阶段就需要考虑到容错机制。
可以在系统中增加冗余装置，以备份主要装置的功能。
同时，还可以采用多传感器融合技术，提高故障检测的准确性。
2.3 容错控制策略当系统发生故障时，需要采取合适的容错控制策略。
可以通过切换到备用装置或调整运动参数来保证系统的安全运行。
舞台机械控制系统多电机同步控制分析
舞台机械控制系统多电机同步控制分析艺术表演离不开剧场的支撑，然而，在剧场中也不可缺少舞台机械。
它空间位置变化丰富、速度快慢不一，形式变化多端，所以，如何的控制舞台效果，就需要从舞台机械控制系统入手，多电机同步控制系统能够很好的满足以上多样的舞台需求，所以，必须要引起重视。
标签：舞台机械；控制系统；多电机；同步控制在控制舞台的时候，不但要依靠电机驱动装置，在舞台控制中，电机同步控制技术也是其中的核心技术之一，旋转台、防火幕、升降台等舞台设施都要由多台电机一同完成控制。
一旦没有协调控制多台电机，对演出效果必将带来很大的影响。
所以，文章通过对舞台机械控制系统多电机同步控制相关内容进行了分析。
1 多电机同步控制的相关阐述这种控制指的是在确保系统快速性与高精度的基础上，令多个电机一同工作。
电控制与机械控制是两种主要的控制方式。
初期的控制系统，经常对机械同步控制方式进行应用，对机械的传动装置进行应用，将各个运动部分连接到一块，进而完成多轴同步的目的，能够非常简单的完成这种同步操作，难度在电气系统设计中较少，所以，在设备相对固定且对控制精度要求低的场合得到了有效的应用。
机械同步控制方法在上个设计所搭建的舞台机械控制系统中得到了大量的应用。
然而，在科技不断发展的推动下，极大的提升了人们的生活质量，也将越来越高的精度要求抛向了同步控制，此外，随着电机控制技术的不断发展，从而能够同步完成多台电机的驱动，从而将同步控制精度和质量提升，这就是我们所讲的电控方式。
应用一台电机驱动电控方式的各个轴，利用主控制器，确保每个轴的电机能够协调工作，进而同步运行。
同机械控制方式进行比较，电控方式控制精度会更高，较大的同搭建灵活性，能够非常容易的改动设备，能够低成本的完成设备的维护。
2 具体的控制对策分析2.1 主从式控制在跟随原理的串联运行方式的基础上发展起来了主从控制，简单而言，就是将下一台电机的速度输入用上一台电机的速度输出，就是主动电机的速度变化由从动单机进行跟踪，进而完成同步的目的。
研究基于变频器的多自由度升降旋转舞台的同步控制
研究基于变频器的多自由度升降旋转舞台的同步控制摘要：介绍了三台电机同步控制的用于多自由度升降旋转舞台的几种悬挂输送链方案,重点论证了可编程控制器(PLC)及变频器在悬挂输送链同步控制中的应用。
由于使用了位置与速度双闭环控制、触摸屏(POD)显示和独特的子程序设计,系统具有安全可靠、高效平稳、功能完善、操作维修简便等优点,在多自由度升降旋转舞台取得了良好效果。
关键词：同步控制,悬挂输送链,可编程控制器,变频器,触摸屏POD,闭环控制搭建升降旋转舞台，选择悬挂输送链是一种理想的方式。
要保证输送链能正常工作,每一部分输送链的移动速度必须相同,也就是同步,否则各个电机在所承担的负荷畸轻畸重情况下速度差异很大,设备无法正常运行。
输送链(模锻可拆链)的同步控制在这个行业内一直是一个令人关注的话题,从笔者了解的一些情况来看,由于负载重且变化大、工作环境恶劣,其故障概略远大于其他类型机械的同步控制。
1任务要求1)输送链长度560m,最高运行速度6m/min。
工作时间一星期7天,每天16小时,工作环境温度0～40℃。
最大吊挂重量100kg/80cm,整线最大吊挂重量70t。
2)输送链整线分成3个部分,由三台功率为3kW的电机分别驱动,要求3个部分的输送链要同步运行。
2同步控制方案与论证2.1三电机同步控制方案1)简单的把要控制的三个电机的功率加起来乘一个1.2到1.5之间的系数,以此数值选一变频器,用这一台变频器直接驱动三台电机。
2)用市面有售的同步控制器,用同步控制器发速度指令给三台变频器,每台变频器驱动一台电机。
3)用三台变频器,在一号电机上加PG卡及编码器(增量式A、B相,PC、12/15v1024p/r),以1#电机为主电机,2#、3#电机以1#电机速度为基准;方向指令同时加到三台变频器。
1#电机矢量控制方式闭环运行,2#电机、3#电机开环v/f控制加转差补偿。
4)用三台变频器,在每个电机上加PG卡及编码器(规格同上),1#电机为主电机,2#、3#电机以1#电机速度、转矩为基准;方向指令同时加到三台变频器。
双电机同步控制系统的设计与仿真_杨晨娜
传统的电气控制系统多采用单一电机实现单轴控制，但是电机的输出转矩有一定的限制，当传动系统需要较大的驱动功率时，必须特制功率与之相匹配的驱动电机和驱动器，使得系统的成本上升，而且过大的输出功率的电机受到制造工艺和电机性能的影响，大功率的驱动器的研制也会受到半导体功率器件的限制。
针对以上问题解决方法是采用多个电机对其进行控制，但是多电机之间同步的好坏直接影响到生产效率和产品质量，因此多电机同步控制的研究具有非常重要的现实意义。
本文建立了基于双电机偏差耦合为基础的两种偏差控制算法的数学模型，即：对两电机之间的偏差采用模糊PID控制和常规PID控制，并用Matlab仿真软件对其进行了数字仿真。
1无刷直流电机双闭环控制系统模型无刷直流电机双闭环控制系统框图如图1所示，它由电流环和速度环组成。
在设计电流环和速度环时采用工程设计法进行设计。
并且从内环开始，逐步向外环扩大，一环一环地进行设计。
电流环的设计在稳态要求上，做到无静差以获得理想的堵转特性；在动态要求上，做到跟随电流给定，超调量越小越好，在本文中，选用典型I型系统对电流调节器进行无电流超调量设计。
速度环的设计在稳态时要求无静差，在动态过程中保证它克服负载扰动的能力强，同时要求动态速降小，恢复时间短，从而要求速度环抗干扰性能越强越好，在这里把速度环设计成典型的II型系统。
图1速度电流双闭环调速系统的动态结构图2双电机同步控制模型2．1双电机同步控制策略随着近年来工业的发展，需要控制两台及其两台以上电机。
保持多电机的协调运转常用的两种方法：一种是机械方法，另一种是电方式。
对于电方式的多台电机协调控制的研究主要是深入到速度和力矩的双重协调控制研究，它的研究成功将为军事、航空以及一般工业技术领域等需要统一动作功能的多电机提供协调控制技术。
目前存在的同步控制技术包括并行控制，主从控制，交叉耦合控制，虚拟总轴控制，偏差耦合控制（如图2所示）等。
图2双电机同步系统偏差耦合控制结构图采用并行控制，整个系统相当于开环控制，当运行过程中某一台电机受到扰动时，电机之间将会产生同步偏差，同步性能很差。
多电机同步联动系统的动力学分析与建模
m
=
m,
则式( 12) 可用状态方程表示为
0 K2 J2 0 0 0 R2 L2 0 0 K t1 i J1 m K t2 i J2 m 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
c1 c2 c1 c2
b1 J1 0 -
-
K1 J1 0 0 0 R1 L1 0 0 0
c1 c2 c1 c2
b2 J2 0 1 0
多电机联动系统结构 多电机同步联动伺服系统是由 p 个具有相同参数的电动
机分别带动一个相同模数的小齿轮 , 按对称结构, 通过小齿轮 与大齿轮啮合, 共同驱动一个带负载的大齿轮转动. 图 1 给出 了一个双电机同步联动伺服系统的 结构简图, 其中 J c n , cn 分别是第 n 个小齿轮的转动惯量和角速度 ( n = 1, 2) ; n , Un 是第 n 个电动机的角速度和电枢电压( n = 1, 2) ; i 为一级减 速器的传动比; J m 是大齿轮的转动惯量 , 度, i m 是大小齿轮间的传动比 .
令 J n = i J d n + J cn , b n = i b d n + b cn , K n = iK d n , 则式( 9) 变为 Jn
cn
+ bn
cn +
K t n(
cn
- im
m)
= K nI n
n = 1, 2
由式 ( 4) 可将式 ( 1) 所示电机的电枢回路方程变换为 iC en
第 34 卷 增刊 2004 年 11 月
东 南大 学 学报 (
自然 科学版)
JOURNAL OF SOUTHEAST UNIVERSITY ( Natural Science Edition)
舞台机械管控的虚拟现实技术的特点-机械控制论文-工业论文
舞台机械管控的虚拟现实技术的特点-机械控制论文-工业论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——1前言在常规的舞台控制结构中，编导或相关人员通过“人机接口模块”借助于工业以太网或其他网络，根据演出或相关要求，通过PLC（可编程控制器）等控制器对舞台机械，包括台上、台下设备进行操纵，以达到预先设想的设备运行结果。
“人机接口模块”是舞台设备运行的起点，它对用户屏蔽了底层设备的细节，比如设备采用伺服电机还是步进电机，又或者控制单元为PLC还是轴控制器。
它是沟通用户和舞台设备的桥梁，因此，如何让用户在已有的舞台设备上尽可能地忽略掉舞台设备本身的操作，充分发挥其艺术想象力，将舞台机械效能发挥到最大，是人机接口模块的主要功能，也是浙江大丰实业有限公司（以下简称“大丰公司”）将虚拟现实技术引入到舞台机械控制的重要原因。
虚拟现实技术起源于20世纪30年代，但因为受软硬件的技术限制，在80年代才真正发展起来，现在已经广泛应用于教育培训、文化娱乐等多种行业。
虚拟现实技术的功能是让用户在虚拟环境下模拟、学习、推演真实场景的变化。
相信随着技术的进步，虚拟现实技术会越来越多地介入人类生活。
在国内，“大丰公司”首先将虚拟现实技术应用于舞台机械控制，并在舞台远程控制方面进行了创新设计。
本文介绍这两项技术的特点及其在舞台机械控制中的应用。
2舞台机械控制中的虚拟现实技术的特点及功能在实时渲染模块部分，设计之初是为了应用设计模式理念，为技术升级和改进提供原初支持。
实时渲染模块以接口驱动设计，做到了整体设计的模块化、灵活化，为第三方模块未来的接入提供底层支持，并且对DirectX及OpenGL接口提供内建支持。
在最新的改进中，又增加了物理引擎模块，实现对英伟达公司物理引擎physx的全面支持，做到虚拟场景对各种基本物理现象的模拟，并且轻松经受碰撞检测。
实时渲染模块主体框架结构分4部分：（1）根节点模块，它是全部工作的组织者和管理者。
多电机同步控制在升降舞台系统中的应用
图 3 单台电机的调速控制结构图
电气传动和自动控制
Electric Drive ＆ Automatic Control
《电气自动化》2010 年第 32 卷 第 5 期
图 4 (a) 载重恒定下 四电机转动位移曲线
图 4 (b) 载重恒定下四电机 转动位移同步误差曲线
图 4 (c) 载重恒定下四 电机转动速度曲线
( b ) 所示。从图中可以看出在电机启动初期，四台电机中任意两台 没有啮合上，齿隙比较大，对整个系统的影响也最大。如果一开始
电机的转动位移差最大是 0． 2r。
就加入位置同步补偿控制器，传动装置中的齿轮之间就会产生自
如果实际工程中升降舞台匀速上升的速度要求为 0． 1m / s，按 激振荡，导致升降舞台发生颤抖。但当升降台的上升速度达到一
min，电枢电阻 Ra = 0． 5Ω; 通过计算得出电动机的电动势系数
Ce = 0． 1925V · min / r， 取 电 枢 回 路 总 电 阻 R = 1Ω， 飞 轮 惯 量
GD2 = 10N·m2，通过计算，得出电磁时间常数 Tl = 0． 017s，机电时
间常数 Tm = 0． 075s。 表 1 各电机电磁时间常数和机电时间常数
量，用来分别控制电动机的转矩和励磁，获得和直流电动机相仿的
高动态性能，因此本文中直接选取直流电动机来做仿真研究。
舞台机械控制系统多电机同步控制研究中期报告
舞台机械控制系统多电机同步控制研究中期报告本研究旨在设计一种舞台机械控制系统，该系统可以通过多电机同步控制实现舞台上多个机械的运动控制。
本中期报告将介绍本研究的研究方法和目前的研究进展。
一、研究方法本研究使用的研究方法主要包括文献资料分析、系统建模和仿真实验等。
1. 文献资料分析本研究首先对现有的舞台机械控制系统进行了分析，并搜集了相关的文献资料，掌握了现有的舞台机械控制技术和方法，为本研究的设计提供了重要的参考。
2. 系统建模基于所搜集的文献资料和现有的舞台机械控制技术，本研究建立了一种舞台机械控制系统模型，包括多个电机的控制器、传感器和执行机构等。
该模型可以模拟舞台机械的运动控制，并对多电机同步控制的实现进行建模。
3. 仿真实验针对建立的舞台机械控制系统模型，本研究进行了多次仿真实验，验证了该模型的正确性和可行性，并对控制系统的性能进行了评估。
二、研究进展截至目前，本研究已完成了舞台机械控制系统的模型设计和仿真实验，取得了以下研究进展：1. 设计了多电机同步控制算法针对舞台机械上多个电机的同步控制问题，本研究设计了一种基于时序控制的多电机同步控制算法，该算法可以保证多个电机在指定时间内到达指定位置，并消除电机之间的时间误差和位置误差。
2. 完成了控制系统的模型设计本研究对舞台机械控制系统进行了建模，并考虑到了多电机的同步控制问题。
通过模型的建立，本研究可以对控制系统的性能进行分析和改进。
3. 进行了仿真实验本研究基于所建立的控制系统模型进行了多次仿真实验，验证了控制系统的正确性和可行性，并对控制算法和控制器进行了优化。
同时，本研究对控制系统的性能进行了评估，为后期的实验验证提供了参考。
三、下一步研究计划基于目前的研究进展，本研究将进一步深入探讨舞台机械控制系统的多电机同步控制问题，以及其它可能存在的问题并进行优化。
具体的下一步研究计划如下：1. 进行实验验证本研究将在实验室中进行控制系统的实验验证，验证模型的准确性和可行性，并进一步对控制算法和控制器进行优化。
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本文针对舞台机械中常见 的三电机驱动舞 台升 降系统 中的多电机的同步控制问题 ， 比如多台电机
的 同步控 制难 度较 大 、 精度 较低 ， 研 究 了一 套基 于模
糊Ｐ Ｉ Ｄ理论 的升降舞台同步控制系统。在升降台同 步控制系统中采用模糊 Ｐ Ｉ Ｄ控制 ， 使舞台设备 中多
台相 同类 型 电机 能 实现 很 好 的 同步运 动 ， 从 而达 到
［ 文章编 号】１ ６ ７ １ — ８ ０ ２ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ３ ２ — ０ ４
舞台机械多电机同步控制的仿真研究
周 明明 １ １ ， 王 朗 。
（ １ ． 太原科技 大学电子信息工程学院， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ；
２ ． 浙 江 大学 宁波理 工 学 院信 息 学 院 ， 浙 江 宁波 ３ １ ５ １ ０ ０ ）
图 ２ 自适 应 模 糊 Ｐ Ｉ Ｄ 控 制 器 结 构 图
模 糊 控 制 方 法 是 近 年 来 发 展 起 来 的新 型控 制 法， 其 优点 是不 需要 了解受 控对 象 的精确 数学模 型 ，
更好的舞美效果。
一
、
升 降舞 台 同步 控 制 系统
而是根据人工控制规则组织控制决策表 ，然后 由该 表决定控制量的大小。这种混合型模糊 Ｐ Ｉ Ｄ控制器
２ ０ １ ３ 年第 ５ 期
安 徽 电子 信 息 职业 技 术 学 院学 报
Ｎ ｏ ． ５ ２ ０ １ ３
箜 鲞（ ！ 第６ ８ 期）Ｉ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ｍ ￣ Ｏ Ｆ Ｌ Ｎ Ｈ Ｕ Ｉ Ｖ Ｏ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ａ Ｌ Ｃ Ｏ Ｌ Ｌ Ｅ Ｇ Ｅ Ｏ Ｆ Ｅ Ｌ Ｅ Ｃ Ｔ Ｒ Ｏ Ｎ Ｉ Ｃ Ｓ ＆ Ｉ Ｎ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ｏ Ｎ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ Ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｎ ｏ ． ６ ８ Ｖ ０ １ ． １ ２
［ 摘
要］ 针对舞 台机械 中多台电机 的同步控 制问题 ， 提 出了基 于串联主从 同步控制的模糊 Ｐ Ｉ Ｄ 算法的
同步控制方式 ， 并结合该算法来实现多个升降台的 同步控制 。仿真结果表明 了基 于模糊 Ｐ Ｉ Ｄ控制算法的主 从 同步控制系统比常规 Ｐ Ｉ Ｄ 同步控制 系统响应速度更快、 控制精度更高、 抗干扰能力更强。 ［ 关键词 ］ 舞 台机械 ； 模糊 Ｐ Ｉ Ｄ控制；同步控制 ［ 中图分类号］ Ｔ Ｐ ２ ７ ３ ＋ ． ４ ［ 文献标识码 ］ Ａ
更快的动态响应 ， 更小 的超调 ； 比模糊控制有更高的 稳态精度 ， 而且能使控制系统具有较好 的鲁棒性嘲 。
基于 Ｐ Ｉ Ｄ控制 和模 糊 控制 的不 同特 性 ， 设 计 模糊 自
侧辅助等升降台用 ， 每个区域 又有几个升降台。每 个升降台的行程都不一样 ， 它们都能在行程内进行 精确定位。主升降台速度 ０ ． ０ ４ — ０ ． ３ ｒ Ｉ ｌ ， ｓ ， 乐池升降台 为０ ． ０ ０ ５ ～ ０ ． １ Ⅱ ｌ ／ ｓ ， 电动指挥台为 ０ ． ０ ５ ｒ Ｉ ｌ ／ ｓ 。升降舞 台 定位精 度为 ２ ｍ ｍ，升降舞 台之 间的 同步精 度为 ± ３ ｍ ｍ 。 升降台一般采用刚性链驱动 ， 每个升降台都有 独立 的驱动 电机 ， 功率从 ２ ． ２ ｋ Ｗ到 １ ４ ． ７ ｋ Ｗｔ ３ １ 。 （ 二） 多升降舞台的同步控制 目前国内许多现代化的舞台系统普遍采用上位
机＋ 可 编程 控 制器 （ Ｐ Ｌ Ｃ ） ＋ 驱动 单 元 的集 散控 制 方式 ， 多 升降 舞 台的 系统结 构 如 图 １ 所示［ １ ］ 。
适应整定 Ｐ Ｉ Ｄ控制器 ， 将有助于进一步提高 同步控
制系 统 的性 能问 。 本 文 设 计 的模 糊 推 理 系 统 和 模 糊 Ｐ Ｉ Ｄ控 制 系
统均为两输人三输出的形式 ，根据升降舞台控制要 求 的同步精度 为 ３ ｍ ｍ ， 定位精度为 ２ ｍ ｍ， 那么 ｅ 和 ｅ ｅ 的论域取｛ ＿ ３ ， 一 ２ ， 一 １ ， ０ ， １ ， ２ ， ３ １ ， 其模糊子集 为 ｅ ， ｅ ｃ ＝ ｛ Ｎ Ｂ ， Ｎ Ｍ， Ｎ Ｓ ， Ｚ Ｏ ， Ｐ Ｓ ， Ｐ Ｍ， Ｐ Ｂ １ ，子集元素分别表
圜因 固囫
周 明 明 ★ 王朗 二壅 鱼 壁 堑 皇
塞 壅
篁 塑
运 动 的跟踪 误 差 和 同步 误 差 影 响 的 。实 际系 统 中 ，
二、 模糊 自适应 整定 Ｐ Ｉ Ｄ控 制器 的设计
各轴转速会 因环境因素引起 的电机参数变化 、 负载 扰动等不可预知的因素失去同步。多电机同步控制
Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｍｕ ｌｔ ｉ － ｍｏ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｏ ｕ ｓ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｔ ａ ｇ ｅ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ
综 合 了模 糊 控制 与 Ｐ Ｉ Ｄ控 制 的优 点 ： 比Ｐ Ｉ Ｄ控制 有
（ 一） 舞 台升降台简介 升降台是舞台机械 台下设备 中应用最广泛的设 备之一 ， 升降台在不同的剧 院里数量有多有少 ， 一般
作 为 主舞 台 、 乐池 、 电动指 挥 、 辅助 、 前辅 助 、 后辅 助 、
是一个多变量 、 非线性 、 强 耦合 的 控 制 问题 ， 因而 对 多 电机 同步控 制 方法 的研 究 意义 重大 固 。
针对剧场对系统 的控制要求 ，本文设计了模糊
自 适应整定 Ｐ Ｉ Ｄ控制器 。该智能控制器由模糊控制
器和 Ｐ Ｉ Ｄ控 制器 组成 。其 结构 如 图 ２所示 。