日韩精品亚洲电影天堂,久久亚洲精品成人综合,无码人妻丰满熟妇**久久网站

隨著演出藝術的不斷創新，舞臺機械作為演藝設備元素之一，越來越多地參與到演出中去，與節目內容的互動性越來越強。傳統的基于位置-速度控制的舞臺設備已經不能充分滿足節目需求，因此，需要一種能和演出節拍相對應的控制方式，以達到精準的時間

控制目的。

筆者曾經參與一個項目，演出方要求大幕從閉合到開啟的時間必須是22 s，不能多也不能少。傳統的基于位置-速度控制的方式，需要多次設定參數試湊才能達到演出效果，而基于時間軸的舞臺機械控制系統，只需要設定參數就能達到目的。時間軸控制系統不僅應用于單軸系統，也可以由多個軸組合成一個設備，實現多軸同步聯動的運動。本文主要介紹基于時間軸的舞臺機械控制系統的構成和應用。

1時間軸控制系統簡介

1.1

技術來源

時間軸控制技術來源于電子凸輪控制技術。電子凸輪控制系統利用構造凸輪曲線來模擬機械凸輪（圖1），以達到與機械凸輪系統相同的凸輪軸和主軸之間的相對運動。電子凸輪應用廣泛，比如板材制造業中的連續飛剪、追剪，消費品制造業中的包裝貼標等。

在電子凸輪控制系統里，主軸可以是位置、角度、溫度、壓力等各種具備連續穩定輸出

的物理量。而時間軸控制技術，則把這些物理量換成以時間的連續變化為主軸。

圖1 機械凸輪結構

1.2

控制系統構成

控制系統為典型工業應用三層架構，分別是操作層、控制層和現場執行層（圖2）。操作層：有單個或者多個操作臺組成的上位機系統，操作員可使用單個或者多個操作臺同時進行操作。

圖2 層級結構示意圖

1.2.1 操作臺

操作臺配置單個或者多個19英寸電容式觸摸屏，主機為安裝Windows 7的工業PC機，配備2~4個操作手柄，可同時運行多個預設場景和編組，每個操作手柄為一個調速通道，手柄帶確認功能，防止誤操作（圖3）。操作臺設置急停按鈕舞臺控制系統，急停按鈕和執行層之間不僅使用總線通信，還采用IO硬連接，確保在通信失效的情況下能執行急停功能。

圖3 操作臺

1.2.2 PLC/運動控制器

使用西門子最新一代S7-1500（T）/SIMOTION D系列控制器作為主控制器，1500F（T）系列較之上代S7-300F（T）系列性能有很大的提升。

1.2.3 驅動器和電機

驅動器采用西門子S120系列或者丹麥DANFOSS FC302 系列變頻器，具備以下優點。

（1）可靠耐用，對使用環境要求較低，故障保護措施完整，具備過流、超速、過壓、缺相、編碼器檢測等保護措施；可在0 hz實現滿轉矩。

（2）內置運動控制功能，可實現高精度定位和同步控制。

（3）具備Safe stop和Safe Torque off，滿足安全控制要求。

（4）可驅動三相永磁同步電機或者異步變頻電機，兼容性出色。

（5）支持PROFINET實時現場總線，支持PROFIDIRVE運動控制協議。

（6）調試時支持在線自動整定優化，整定后，前饋參數基本正確，位置環和速度環性能優越。

2 操作系統軟件功能介紹

DF Stage Control V6是筆者所在公司已發布的最新一代的舞臺機械操作軟件。該操作系統主要具備以下主要功能。

（1）控制管理功能

場景及編組管理，可編輯劇目。對支持時間軸的設備，有兩種運行模式。第一種是按照位置-速度模式，設定設備運行速度、啟動時間、最終目標位置參數運行設備（圖4）；第二種是按照時間軸運行控制模式，設定多個運行點的參數，包括位置、加速時間、減速時間，以及到達這個點的絕對時間運行設備，其中加速時間和減速時間可以由軟件生成默認值，方便用戶編輯（圖5~圖6）。編輯好的曲線段可以復制到同類型設備。

圖4 按傳統運行方式進行設定

圖5 按時間軸運行控制方式多點運行進行設定

圖6 時間軸多點編輯界面

（2）設備管理功能

設備管理功能主要是修改舞臺機械設備參數，包括當前位置、軟上限位、軟下限位、脈沖當量、禁用以及運行聯鎖關系的啟用和禁用。設備管理功能需要高權限的用戶才能修改，一般是舞臺機械的管理員才能修改設備參數。

（3）設備狀態監控功能

操作軟件主界面狀態欄顯示設備的當前狀態，包括設定的目標位、設定的速度、設定的時間軸點數、設定的運行時間、當前實際位置、當前實際速度、當前實際運行到的時間軸點數、當前實際運行時間、實際載荷、實際電流以及設備實時狀態。設備實時狀態包括設備運行、停止、急停、聯鎖信息及故障信息（圖7）。

圖7 監控區顯示界面

（4）系統管理功能

系統管理功能包括語言選擇、用戶管理、日志管理等。用戶管理可以增加、刪除用戶，更改用戶密碼；具備管理員權限的管理員用戶，可以設定每個用戶的權限。日志管理功能，可以查看設備的運行狀態、故障信息記錄和用戶的登陸記錄，可以設定日志的記錄過濾條件（比如只記錄故障信息），可以設定日志的整理和刪除條件（比如一個月自動整理刪除一次記錄）。

3控制層算法

上位機軟件負責規劃多點軌跡曲線，并生成每個關鍵點信息，這些信息包括點的位置、點的時間、點的加減速時間。控制層PLC/運動控制器負責完成運動模型解析，并對每個軸的曲線進行插補密化。對單軸設備而言，則只需要進行插補密化。插補算法采用高次多項式算法，對浮點性能足夠的PLC/運動控制器，可以采用5次多項式擬合，即任意一條曲線都可以看成是多段連續的5次多項式曲線拼接而成。

對每段曲線，要求給出C0~C6這6個系數，需要6個方程組成一個方程組。從物理的角度，加速度可以看作是速度的微分方程，速度可以看作是位移的微分方程。任意一段5次方曲線，只要知道起點的位置、起點的速度、起點的加速度、終點的位置、終點的速度、終點的加速度，即可組成6個方程，求出這6個系數。

其中t∈[0,1]，實際應用中，每個曲線段，對時間T應先進行歸一化處理，t=(T-Ts)/(Tf-Ts)，T為實際時間，Ts為當前曲線段起點時間，Tf為當前曲線段終點時間,T∈[Ts,Tf]。

則Y=AC，可得：C=A-1Y；

因此，只要對矩陣A求逆，乘向量Y就可以得到系數向量C，將C代入公式（1）、（2）、（3），便可得到單段曲線任意時刻的位置、速度及加速度。圖8為單段（5000，0）到（5375，20）的曲線，其中起點速度為0、終點速度37.5，起點加速度和終點加速度均為0。

圖8 5次多項式曲線（從上到下依次為位置、速度、加速度）

4應用實例

4.1

PALM EXPO 2017展出的《梁祝》

《梁祝》的每一個方塊由4個單點吊懸掛，可沿水平面內任意軸傾斜角度，兩塊方塊疊加上升運動和沿相鄰邊傾斜旋轉運動，便可模擬蝴蝶翅膀的姿態。圖9是在三維軟件規劃軌跡時的界面，圖10的曲線描述了其中一個吊點的運行軌跡。這些軌跡由上位機規劃，下傳到控制層，由控制層控制器進行插補，對驅動器進行速度控制。

圖9 三維姿態編輯畫面

圖10 曲線編輯

4.2

廈門Stellar星際酒吧項目

廈門Stellar星際酒吧的中心表演區域為多層圓環，每個圓環由多個圓環片段組成，每個片段由多個單點吊機懸吊（圖11）。在自動模式下，受控對象為圓環或者圓環片段，上位機下發受控對象姿態，包括位置、傾角軸和傾角及時間參數，由運動控制器進行運動學解析，轉化為每個吊機的鋼絲繩索長度（軸位置）、速度、加速度，運行時進行實時插補舞臺控制系統，對驅動器進行速度控制。在手動模式下，受控對象為單個吊點，可單獨進行鋼絲繩長度調節，或維護維修時進行單個吊點設備的調試。

圖11 星際酒吧設計圖

4.3

不同類型設備同步運動

例如升降臺和吊桿同步運動（圖12）。按照位置-速度控制方式，升降臺和吊桿由于不同的減速度和加速度，要保證升降臺和吊桿的同步，需要修改驅動器的加減速度參數，對設備使用者而言，存在一定的困難。在基于時間軸的系統中，只要在上位機系統設定加減速時間一致、運行時間一致、最終位置一致，系統就可以規劃出速度一致的運行曲線。相比硬編碼同步方式，這種方式具有靈活多變，可隨時組合不同設備的優點。

圖12 升降臺吊桿同步運動

5結語

為了滿足日益增長的演藝特效需求，舞臺機械從利用杠桿滑輪手動控制到電氣時代經典電機控制，再到現代自動控制發展應用，其無一不是運用了當時先進的控制技術。時間軸控制技術，為各種需要嚴格同步、多軸聯動、需要空間軌跡規劃展現機械特效的演藝設備提供了一種實現的可能。借鑒工業生產設備和機器人控制技術，并做了適當改造和簡化，使其適應于舞臺機械控制特性，并讓舞臺機械操作人員便于操作。經過多個項目

的實踐和使用后，證明了其實用性，提升演藝效果的同時也獲得了演出團隊的好評，是一種在行業內值得推廣的控制系統。

選自《演藝科技》2020年第8期陳永周，馬 則《基于時間軸的舞臺機械控制系統簡介》，轉載請標注：演藝科技傳媒。更多詳細內容請參閱《演藝科技》。

（本文僅用于行業交流學習，并不用于商業用途。文中觀點為作者獨立觀點。如不慎侵涉第三方權益，請與我們聯絡，我們將第一時間刪除處理。）