升降舞台安全性关键技术研究

发布时间：2017-09-01 13:09

  本文关键词：升降舞台安全性关键技术研究

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【摘要】：随着人们在精神层面需求的不断增长,传统的舞台演出已经难以满足人们的视觉追求,舞台演艺随之也变得越来越多元化,这都促使现代舞台控制系统的功能和结构变得更加复杂,舞台控制系统的安全性更成了人们关注的焦点。鉴于此,本文以实际某剧院升降舞台系统为对象,并结合我国当前实际升降舞台系统PLC+矢量变频器+交流电机的体系结构,着重就升降舞台多电机同步控制和编码器故障诊断与容错控制两方面问题展开了研究,具体内容如下:1)升降舞台控制系统设计以某剧院的升降舞台控制系统为背景,描述了升降舞台系统硬件驱动体系结构,分析了所涉及的安全相关问题,并根据升降舞台的控制与安全需求,对升降舞台系统进行了互锁、限位等保护设计,使舞台演艺有了基础安全保障。2)升降舞台多电机预测函数同步控制策略研究针对舞台机械中升降台因受到外界干扰及电机自身参数摄动引起的不同步现象,以工程中常用的并联同步控制为基础,设计单电机的预测函数控制器,并结合位置偏差耦合,构建出了一种基于预测函数与偏差耦合复合的升降台同步控制方案。由于预测函数较强的鲁棒性和优良动态性能,又辅以位置均值偏差耦合补偿,二者共同提高了升降舞台系统的同步控制性能,仿真结果也进一步显示出该控制策略较PI控制具有更好的鲁棒性与更高的控制精度,削弱了舞台多电机驱动中的因同步性能不满意带来的安全隐患。3)基于KPLS与SPRT的双编码器故障诊断与容错控制策略研究鉴于预测函数控制器的强鲁棒性和优良性能,结合实际升降舞台系统中双编码器结构,提出了一种预测函数控制器作为控制核心、辅以数据驱动KPLS建模与SPRT结合的双编码器故障诊断与容错控制方案。利用升降舞台系统正常运行时的历史数据分别建立控制输入与速度编码器和位置编码器的KPLS预测模型,实际运行时将模型预测值与实际编码器输出之间产生残差,用序贯概率比(SPRT)进行故障检测,结合适宜的故障切换机制,进行双编码器故障的解析冗余或软冗余闭环容错。仿真结果表明本文提出的方法能够可靠的进行双编码器的故障诊断,并通过位置与速度的解析关系或软冗余切换安全容错控制,确保了升降舞台系统在传感器故障下的安全性。
【关键词】：升降台 安全性 同步控制 编码器 故障诊断与容错控制
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题背景及意义12-13
• 1.1.1 选题背景12
• 1.1.2 选题的目的及意义12-13
• 1.2 舞台机械系统相关技术国内外概况13-18
• 1.2.1 舞台机械控制技术国内外现状13-15
• 1.2.2 舞台机械系统相关技术国内外概述15-18
• 1.3 论文的主要内容及其章节安排18-19
• 1.4 本章小结19-20
• 第2章 升降舞台控制系统设计20-31
• 2.1 舞台机械台下系统概述20-22
• 2.1.1 舞台机械台下系统设备功能特点20-21
• 2.1.2 某剧院舞台机械台下设备组成21-22
• 2.2 某剧院升降舞台系统设计22-30
• 2.2.1 升降舞台控制系统简介22
• 2.2.2 升降舞台有关安全性设计考虑22-23
• 2.2.3 升降舞台系统硬件驱动体系结构23-25
• 2.2.4 升降舞台底层程序设计25-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 升降舞台系统中多电机预测函数同步控制策略研究31-43
• 3.1 升降舞台同步控制与预测函数控制概述31-34
• 3.1.1 同步控制31-33
• 3.1.2 预测函数控制33-34
• 3.2 升降舞台多电机预测函数控制34-38
• 3.2.1 升降舞台多电机预测函数同步控制方案34-35
• 3.2.2 升降舞台预测函数控制器设计35-38
• 3.3 仿真研究与结果分析38-42
• 3.3.1 实验仿真38
• 3.3.2 结果分析38-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 升降舞台系统中双编码器故障诊断及容错控制策略研究43-56
• 4.1 双编码器故障诊断及软闭环容错控制方案43-46
• 4.1.1 故障诊断与容错控制相关方法选择43-44
• 4.1.2 双编码器故障诊断和容错控制方案构建44-45
• 4.1.3 工作原理45-46
• 4.2 基于KPLS与SPRT的双编码器故障诊断与容错控制46-50
• 4.2.1 基于KPLS的双编码器建模47-48
• 4.2.2 基于SPRT的双编码器故障检测48-49
• 4.2.3 双编码器故障软冗余容错工作流程49-50
• 4.3 仿真研究与结果分析50-55
• 4.3.1 基于数据驱动的核部分偏最小二乘预测建模仿真50-52
• 4.3.2 双编码器的故障诊断与软闭环容错仿真分析52-55
• 4.4 本章小结55-56
• 结论与展望56-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-65
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文和科研成果65

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本文编号：772261