升降舞臺(tái)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、升降舞臺(tái)模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘要隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，各個(gè)領(lǐng)域?qū)ψ詣?dòng)控制系統(tǒng)控制準(zhǔn)確度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和適應(yīng)能力的要求越來(lái)越高，所研究的系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜。本文以新建劇場(chǎng)所需為背景，用模糊控制技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，完成了一個(gè)具有升降舞臺(tái)的模糊控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。在硬件方面，升降舞臺(tái)由9個(gè)升降塊組成，控制系統(tǒng)軟件可以使9個(gè)升降塊在舞臺(tái)臺(tái)面以下一定范圍內(nèi)和臺(tái)面以上一定范圍內(nèi)停在任意位置。并且要求系統(tǒng)啟動(dòng)和停止時(shí)不僅能夠保持平穩(wěn)、控制高度、顯示狀態(tài)，而且具有較小的停車(chē)誤差和自我保護(hù)的報(bào)警功能。在應(yīng)用方面，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以直接調(diào)用所存儲(chǔ)的節(jié)目設(shè)定。軟件的設(shè)計(jì)，是在Windows XP操作系統(tǒng)下，用

2、C + Builder開(kāi)發(fā)軟件開(kāi)發(fā)整個(gè)系統(tǒng)的控制軟件。之所以選用C + Builder設(shè)計(jì)軟件，是因?yàn)槠滠浖奶攸c(diǎn)是使用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，?jiǎn)化設(shè)計(jì)，可以大大提高設(shè)計(jì)的可操作性，而且完成了對(duì)舞臺(tái)系統(tǒng)的精確控制。本文應(yīng)用模糊控制技術(shù)以及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，在很低造價(jià)的前提下，完成了復(fù)雜的舞臺(tái)升降設(shè)備的控制，避免了進(jìn)口昂貴的舞臺(tái)控制系統(tǒng)，為舞臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新的思路。 關(guān)鍵詞 舞臺(tái)；模糊控制；C + BuilderThe Design of The Fuzzy Control System of The Stage AbstractWith the fast development of the

3、 science and technology, each realm controls the accurate degree and responds to the speed, the system stability and adapts the request of ability to the automatic control system more and more higher, the system study is also more and more complicated. In this paper, it is designed a software of a f

4、uzzy control system for the stage to rise and fall, using fuzzy control and computer technology for those theaters which are built nowadays. From the operating aspect of this system, the stage consists of 9 blocks to rise and fall. It is desired that the software can make the 9 blocks not only move

5、and stop freely within demanded area, but also can control the height and show the state. The error doesnt exceed too much and also have the warning for protecting the system. From the applying aspect, the control software can directly use the program settings stored in the database of the control s

6、ystem.The control software of the whole system is developed by C + Builder under Windows XP operating system. The reason of using the programming software C + Builder is because of the characteristic of object-oriented programming method. It can not only simple the design, improve the operating, but

7、 also be controlled exactly. With fuzzy control system and computer control technology, the system can fulfill the control task and avoid expansive cost on importing equipments. It is important that this method offers a new idea for designing the control system of the stage. Keywords Stage ; Fuzzy C

8、ontrol System ；C + Builder不要?jiǎng)h除行尾的分節(jié)符，此行不會(huì)被打印49 / 53文檔可自由編輯打印目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題背景11.2 舞臺(tái)控制系統(tǒng)的發(fā)展11.2.1 世界舞臺(tái)控制系統(tǒng)的發(fā)展11.2.2 我國(guó)舞臺(tái)控制系統(tǒng)的發(fā)展21.2.3 舞臺(tái)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀21.3 本文主要研究?jī)?nèi)容4第2章 舞臺(tái)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)52.1 舞臺(tái)構(gòu)成簡(jiǎn)介52.1.1 舞臺(tái)構(gòu)成的平面圖52.1.2 系統(tǒng)方案的確定52.2 硬件原理圖62.2.1 升降塊電器原理圖62.2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件示意圖82.2.3 系統(tǒng)供電原理圖82.3 系統(tǒng)信號(hào)類(lèi)型92.4 本章小結(jié)1

9、0第3章 模糊控制策略研究113.1 模糊控制簡(jiǎn)介113.1.1 模糊控制發(fā)展簡(jiǎn)介113.1.2 模糊控制應(yīng)用123.2 舞臺(tái)升降模糊控制概述133.2.1 模糊控制的基本原理133.2.2 模糊控制器的設(shè)計(jì)143.3 本章小結(jié)17第4章 軟件的實(shí)現(xiàn)184.1 C + Builder發(fā)展簡(jiǎn)介184.2 面設(shè)計(jì)及其制作184.2.1 界面設(shè)計(jì)184.2.2 制作步驟204.3 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)及其制作274.3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介274.3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)及其制作284.3.3 管理程序的制作314.4 程序總體結(jié)構(gòu)334.4.1 自動(dòng)運(yùn)行334.4.2 手動(dòng)運(yùn)行354.4.3 位置設(shè)定374.4.4

10、 零位調(diào)整394.5 本章小結(jié)39結(jié)論40致謝41參考文獻(xiàn)42附錄43第1章 緒論1.1 課題背景本課題目地是建立一套自動(dòng)控制的升降舞臺(tái)系統(tǒng)用來(lái)滿(mǎn)足各種文藝演出的需要，準(zhǔn)確、合理的控制舞臺(tái)按照預(yù)定的方式運(yùn)動(dòng)是設(shè)計(jì)的基本要求。鑒于國(guó)外舞臺(tái)控制系統(tǒng)造價(jià)昂貴，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是：能夠完成演出的要求，保證機(jī)械設(shè)備運(yùn)行安全、快速、準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單靈活、維護(hù)方便。1.2 舞臺(tái)控制系統(tǒng)的發(fā)展1.2.1 世界舞臺(tái)控制系統(tǒng)的發(fā)展舞臺(tái)機(jī)械可以理解為用于舞臺(tái)演出、服務(wù)于表演藝術(shù)和舞臺(tái)美術(shù)的專(zhuān)用機(jī)械設(shè)備。簡(jiǎn)單、原始的機(jī)械裝置出現(xiàn)在劇場(chǎng)，最早可以追溯到17世紀(jì)的歐洲。從古老的舞臺(tái)機(jī)械裝置到21世紀(jì)現(xiàn)代化大型復(fù)雜的機(jī)械化舞

11、臺(tái)系統(tǒng)，舞臺(tái)機(jī)械的發(fā)展經(jīng)歷了近四個(gè)世紀(jì)。舞臺(tái)機(jī)械的功能和作用隨著舞臺(tái)機(jī)械技術(shù)水平的發(fā)展得到了極大的豐富和發(fā)展。從最初簡(jiǎn)單的景片移動(dòng)和布景的遷換，到實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的變換和運(yùn)動(dòng)，舞臺(tái)機(jī)械成為舞臺(tái)藝術(shù)不可或缺的表演手段，與舞臺(tái)燈光、音響等共同創(chuàng)造了令人驚嘆不已的舞臺(tái)藝術(shù)效果。現(xiàn)代舞美對(duì)藝術(shù)的不斷追求與創(chuàng)新，對(duì)舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)提出了更高的要求，舞臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)作為現(xiàn)代舞美藝術(shù)的載體也在不斷創(chuàng)新，而舞臺(tái)機(jī)械的發(fā)展與創(chuàng)新始終得益于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。   在舞臺(tái)機(jī)械發(fā)展過(guò)程中，傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展對(duì)舞臺(tái)機(jī)械產(chǎn)生了極大影響。在18世紀(jì)，舞臺(tái)機(jī)械傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)單笨重而且粗糙，噪音很大。采用水壓傳動(dòng)方式，通過(guò)

12、水泵從水箱中抽水注入活塞產(chǎn)生的壓力頂升舞臺(tái)臺(tái)板，實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)，但整個(gè)水泵系統(tǒng)非常龐大。隨著制造、控制和高壓密封技術(shù)的發(fā)展，液壓系統(tǒng)工作壓力得到很大提高。由于傳動(dòng)介質(zhì)液壓油在高壓下能量密度很大，做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)部件的油缸和做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的油馬達(dá)體積可以很小，這樣就縮小了舞臺(tái)機(jī)械裝置的體積，特別適合上部空間非常有限但又要布置數(shù)十臺(tái)甚至上百臺(tái)設(shè)備的舞臺(tái)，加上液壓系統(tǒng)動(dòng)力源-泵站可以和運(yùn)動(dòng)部件分開(kāi)設(shè)置在能夠隔離噪音的地方，從而使舞臺(tái)機(jī)械的傳動(dòng)裝置噪音很小。另外，高壓液壓油剛度很大，液壓比例控制和伺服控制技術(shù)也比較成熟可靠，可以獲得較高的定位控制精度。在20世紀(jì)，液壓傳動(dòng)方式在機(jī)械化舞臺(tái)上得到了應(yīng)用，但其昂貴的造

13、價(jià)和較高的維護(hù)要求使得普遍推廣應(yīng)用受到了限制。20世紀(jì)后期，機(jī)械傳動(dòng)裝置的精密化、低噪音性能的提高和變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，專(zhuān)用直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)裝置的研究開(kāi)發(fā)，使得機(jī)械傳動(dòng)方式在機(jī)械化舞臺(tái)中的應(yīng)用中又占據(jù)了主導(dǎo)地位1。1.2.2 我國(guó)舞臺(tái)控制系統(tǒng)的發(fā)展近年來(lái)全國(guó)各地特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，掀起了文化設(shè)施建設(shè)的熱潮。大量新建改建的劇場(chǎng)急需用高技術(shù)設(shè)備來(lái)裝備，成為文化設(shè)施建設(shè)中的主角。應(yīng)該說(shuō)，國(guó)家大劇院的建設(shè)促進(jìn)和帶動(dòng)了劇場(chǎng)建設(shè)的發(fā)展，也大大推動(dòng)了我國(guó)舞臺(tái)機(jī)械及裝備事業(yè)的前進(jìn)步伐。國(guó)家大劇院舞臺(tái)機(jī)械工程的技術(shù)文件已成為劇場(chǎng)建設(shè)中舞臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)的一個(gè)良好的例證，并為規(guī)范舞臺(tái)機(jī)械行業(yè)的技術(shù)和商業(yè)活動(dòng)起到較大作用。舞臺(tái)設(shè)

14、備發(fā)展到今天，與致力于這方面研究的眾多科技工作者的辛勤努力分不開(kāi)的，我們有必要先回顧一下我國(guó)舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的發(fā)展進(jìn)程：解放前我國(guó)舞臺(tái)機(jī)械的發(fā)展非常緩慢，設(shè)備極其簡(jiǎn)陋；隨著新中國(guó)的建立，在物質(zhì)生活水平提高的同時(shí)，人們迫切需要提高精神文化水平。黨和政府非常重視人民群眾文化事業(yè)的發(fā)展，早在五十年代初就興建了一批有代表性的典型劇場(chǎng)，配備了相當(dāng)數(shù)量的舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備，如手動(dòng)吊桿、假臺(tái)口、電動(dòng)垂直吊桿等。雖然控制手段還比較落后，但畢竟有了自己的舞臺(tái)設(shè)備；到了六七十年代，我國(guó)建成了一大批相對(duì)規(guī)模較大的劇場(chǎng)，最典型的是北京的人民大會(huì)堂，另外還有廣州的友誼劇院、長(zhǎng)沙青年宮、杭州劇院等。這些劇院都設(shè)置了較先進(jìn)的平衡手動(dòng)

15、吊桿和假臺(tái)口，甚至還有升降樂(lè)池，但在舞臺(tái)機(jī)械方面還沒(méi)有什么突破。不可否認(rèn)，在舞臺(tái)機(jī)械方面的發(fā)展，我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家還有相當(dāng)大的差距；進(jìn)入八十年代以后，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)條件好轉(zhuǎn)，先后根據(jù)各自不同的演出功能要求，設(shè)計(jì)了各種不同類(lèi)型的舞臺(tái)機(jī)械，用于戲劇表演的中央戲劇學(xué)院排演場(chǎng)，用于歌舞表演的中國(guó)劇院，用于話(huà)劇演出的中國(guó)少兒藝術(shù)劇院等。這些舞臺(tái)機(jī)械適應(yīng)了不同的演出要求，豐富了人們的業(yè)余文化生活；進(jìn)入九十年代初，我國(guó)在舞臺(tái)機(jī)械方面又有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，先后建成了深圳大劇院等一系列大型的較先進(jìn)的現(xiàn)代化影劇院。這些劇院的舞臺(tái)機(jī)械已經(jīng)較為齊全，如臺(tái)上舞臺(tái)機(jī)械有勻速吊桿、電動(dòng)伸縮大幕、活動(dòng)假臺(tái)口，還有燈光渡橋、燈光調(diào)籠、天

16、幕燈架等；臺(tái)下舞臺(tái)機(jī)械有升降樂(lè)池、樂(lè)池升降欄桿、舞臺(tái)升降臺(tái)、車(chē)臺(tái)，特別是后舞臺(tái)還有移動(dòng)式轉(zhuǎn)臺(tái)，該設(shè)備具有可以電動(dòng)行走到主臺(tái)并可以旋轉(zhuǎn)的功能，技術(shù)含量較高，應(yīng)用較方便。國(guó)內(nèi)的舞臺(tái)機(jī)械化程度與世界先進(jìn)水平之間的差距已逐漸縮小。近年來(lái)，由于科技的不斷發(fā)展，特別是進(jìn)入二十一世紀(jì)，計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，眾多科技人員將計(jì)算機(jī)用于舞臺(tái)機(jī)械的控制，逐漸形成了現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)舞臺(tái)控制系統(tǒng)2。1.2.3 舞臺(tái)控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，一些高新技術(shù)和設(shè)備在舞臺(tái)機(jī)械和控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)械化舞臺(tái)則是由若干套舞臺(tái)機(jī)械組合起來(lái)的，采用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行集中控制，可以按設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)多種復(fù)雜機(jī)械運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化系

17、統(tǒng)。從技術(shù)來(lái)分，主要包含機(jī)械和控制系統(tǒng)兩個(gè)方面。20世紀(jì)以來(lái)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)為代表的高科技成果不斷涌現(xiàn)，促進(jìn)和帶動(dòng)了機(jī)械化舞臺(tái)的發(fā)展?，F(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展使舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備性能不斷提高，舞臺(tái)機(jī)械作為一種專(zhuān)用設(shè)備，看起來(lái)和起重、升降、輸送設(shè)備相似，但由于其參與表演載送演員和道具的特殊性，其安全性、可靠性、運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性、準(zhǔn)確性、低噪音等特性都對(duì)其設(shè)計(jì)及其制造提出了很高的要求，不同于普通的起重、升降和輸送設(shè)備?，F(xiàn)代化的設(shè)計(jì)手段、精確數(shù)值計(jì)算、三維設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)的應(yīng)用，不但提高了工作效率，又使舞臺(tái)機(jī)械的設(shè)計(jì)更加合理、安全。目前，主要有以下幾種常用方法：1 采用STD工業(yè)控制機(jī)控制的舞臺(tái)機(jī)械控制

18、系統(tǒng)由于模板式結(jié)構(gòu)使用方便，設(shè)計(jì)和制造成本較低，一躍成為十多年來(lái)發(fā)展最快的總線(xiàn)之一。它不僅極大地解決了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的單處理機(jī)系統(tǒng)的性能價(jià)格比，而且解決了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的多處理機(jī)系統(tǒng)的性能價(jià)格比問(wèn)題。根據(jù)舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的特性和STD總線(xiàn)控制機(jī)的特點(diǎn)，可以將具有高性能高抗干擾能力的STD工業(yè)控制機(jī)作為舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備控制系統(tǒng)的機(jī)型。2采用 PLC 控制的舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)近年來(lái)，由于可編程控制器PLC 具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、性能穩(wěn)定、功能齊全等特點(diǎn)，除了具有基本的開(kāi)關(guān)量輸入、輸出模塊外，還有多點(diǎn) I/O、A/D、D/A 、高速計(jì)數(shù)器、模擬定時(shí)器、溫度傳感器等模塊。其內(nèi)部一般還設(shè)有計(jì)數(shù)器、定時(shí)器、保持繼電器、數(shù)據(jù)存

19、儲(chǔ)器，能夠提供上千條指令完成數(shù)值計(jì)算功能和數(shù)據(jù)處理，具有響應(yīng)速度快、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、模塊化結(jié)構(gòu)組件靈活、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，并具有多種與計(jì)算機(jī)通訊的聯(lián)網(wǎng)模式。3 采用模糊控制的舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)在工業(yè)控制中，控制對(duì)象經(jīng)常是時(shí)變的、非線(xiàn)性的。由于純滯后參數(shù)存在未知或存在漂移，其數(shù)學(xué)模型很難建立，因此采用傳統(tǒng)的控制方法對(duì)這類(lèi)被控對(duì)象進(jìn)行分析和綜合是比較困難的。模糊控制作為一種語(yǔ)言控制器，近似地反映了最佳控制者人的行為，無(wú)需預(yù)先獲知被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，就可以獲得滿(mǎn)意的控制效果。模糊控制在實(shí)際中的應(yīng)用越來(lái)越廣，已經(jīng)有將模糊控制應(yīng)用于控制舞臺(tái)的工程。4 采用控制組態(tài)軟件FIX的舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)及相關(guān)技術(shù)

20、飛速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)控制在工業(yè)中的應(yīng)用日漸廣泛，舞臺(tái)機(jī)械領(lǐng)域也不例外。隨著用戶(hù)對(duì)舞臺(tái)設(shè)備使用功能以及安全性等方面的要求提高，在舞臺(tái)機(jī)械控制中相應(yīng)地采用了一些先進(jìn)的控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)軟硬件、圖形顯示技術(shù)、局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及通信技術(shù)等。由于其涉及面較廣，全部硬、軟件不可能出自一家公司，再加上每個(gè)用戶(hù)的要求也不一樣。面對(duì)這種情況，目前國(guó)際上逐漸流行的方式是硬件部分采用通用硬件，軟件部分則采用開(kāi)放的組態(tài)軟件。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于通用硬件開(kāi)放性好、通用性強(qiáng)、產(chǎn)品的成本和價(jià)格可以控制得較低，又便于維護(hù)和擴(kuò)充。組態(tài)軟件則是一種控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具：用戶(hù)只要根據(jù)應(yīng)用對(duì)象和控制任務(wù)的要求，利用組態(tài)軟件提供的工具，通過(guò)簡(jiǎn)單

21、形象的組態(tài)工作，就可以得到所需要的軟件功能，組態(tài)軟件正在代替各種計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)3。 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容本文主要有如下幾個(gè)方面的工作需要完成：1 完成舞臺(tái)系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)。繪出電路圖及原理圖，選好所需用的電器元件。2 設(shè)計(jì)模糊控制器，制定模糊控制查詢(xún)表，從而簡(jiǎn)化在線(xiàn)計(jì)算。3 選擇合適的計(jì)算機(jī)類(lèi)型作為控制的核心，采用簡(jiǎn)單合理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備的控制。4 試驗(yàn)并選取合理的控制算法，使系統(tǒng)能夠達(dá)到所要求的控制精度，并且保證舞臺(tái)系統(tǒng)平穩(wěn)、可靠的運(yùn)行。5 采取措施保證舞臺(tái)的安全運(yùn)行，當(dāng)威脅到安全的故障出現(xiàn)時(shí)能夠在短時(shí)間內(nèi)得到處理。6 增加手動(dòng)運(yùn)行的操作模式。7 在Windows X

22、P環(huán)境下編制控制程序，力求操作簡(jiǎn)單方便。第2章 舞臺(tái)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2.1 舞臺(tái)構(gòu)成簡(jiǎn)介2.1.1 舞臺(tái)構(gòu)成的平面圖首先簡(jiǎn)單的介紹一下升降舞臺(tái)的機(jī)械構(gòu)成，其機(jī)械設(shè)備都位于一定深度的底坑里。整個(gè)舞臺(tái)的假設(shè)平面圖如圖2-1所示。A1A2A3B1B2B3C1C2C3圖2-1升降塊平面圖升降舞臺(tái)位于舞臺(tái)的底坑內(nèi)由9個(gè)升降塊構(gòu)成 其序號(hào)依次是從一到九如圖2-1 所示。這9個(gè)升降塊分為3排3列。每一個(gè)升降塊具有相同的機(jī)械結(jié)構(gòu)和部件，主要的部件有絲杠， 減速器，傘形齒，支架，矩形平臺(tái)，配重，電機(jī)等等。2.1.2 系統(tǒng)方案的確定2.1.2.1 對(duì)控制系統(tǒng)的要求1. 根據(jù)論文任務(wù)書(shū)要求，本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)升

23、降舞臺(tái)的自動(dòng)控制要求有如下幾條：2. 在舞臺(tái)臺(tái)面以下一定高度和舞臺(tái)臺(tái)面以上一定高度的范圍內(nèi)的任意位置可以自由定位。3. 可以設(shè)置各個(gè)升降塊的高度組合。九個(gè)升降塊可以同時(shí)升降。4. 整個(gè)升降舞臺(tái)與舞臺(tái)臺(tái)面平齊時(shí)，每一個(gè)升降塊距離舞臺(tái)臺(tái)面的高度誤差不能太高。5. 升降舞臺(tái)的上極限位置和下極限位置應(yīng)該有電氣和機(jī)械保護(hù)裝置。6. 對(duì)于升降舞臺(tái)運(yùn)行中的各種錯(cuò)誤和報(bào)警自動(dòng)處理并有指示。7. 當(dāng)前各個(gè)升降塊的高度應(yīng)有明確的顯示。可以對(duì)每一個(gè)升降塊做軟手動(dòng)的升降操作。附加手動(dòng)操作模式，保證當(dāng)自動(dòng)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠保證正常演出。8. 系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，不需要做大量的培訓(xùn)工作，維護(hù)方便。2.1.2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的確定

24、升降舞臺(tái)的運(yùn)動(dòng)是通過(guò)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整升降塊的位置，因此在控制上既有強(qiáng)電部分，也有弱電部分，設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí)把這兩個(gè)部分分開(kāi)。因此，升降舞臺(tái)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為三個(gè)部分，這三個(gè)部分通過(guò)電纜線(xiàn)和信號(hào)線(xiàn)連接。這三部分為：1升降舞臺(tái)機(jī)械設(shè)備上的電氣元件這些元件主要用來(lái)采集升降塊的高度信息以及升降塊的極限和各種位置信息，這些設(shè)備安裝在升降塊的機(jī)械設(shè)備的適當(dāng)?shù)胤?，而且每一個(gè)升降塊所需要的電氣元件完全相同。2電氣控制柜電氣控制柜放在舞臺(tái)的底坑，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的強(qiáng)電控制，控制柜里面安裝有繼電器、接觸器、斷路器等元器件。由電氣柜控制電機(jī)的啟動(dòng)、停止、減速、加速、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。3操作臺(tái)操作臺(tái)位于舞臺(tái)臺(tái)面兩側(cè)走廊的角落，操作

25、人員在這里同過(guò)按鈕，鍵盤(pán)鼠標(biāo)來(lái)發(fā)出控制指令。通過(guò)控制程序使升降舞臺(tái)安裝朝著預(yù)定的高度運(yùn)行。操作臺(tái)由命令按鈕，指示燈，微機(jī)，接口板以及相關(guān)外設(shè)組成，是系統(tǒng)的弱電部分。操作臺(tái)部分是系統(tǒng)控制的核心部分，所有的邏輯判斷，控制指令，轉(zhuǎn)臺(tái)指示，報(bào)警處理都是由操作臺(tái)中的計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的。該部分需要供給幾種低壓電源和不間斷電源（UPS），為了提高抗干擾能力和具體要求，采用不同的電源對(duì)微機(jī)和各種板卡單獨(dú)供電。另外，本設(shè)計(jì)中采用PC總線(xiàn)工控機(jī)作為核心，需要通過(guò)微機(jī)設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件。2.2 硬件原理圖2.2.1 升降塊電器原理圖由于升降舞臺(tái)控制系統(tǒng)涉及到的測(cè)量點(diǎn)和使用的元器件較多，為了敘述簡(jiǎn)單明了這里先給出總體的電器

26、原理圖，然后根據(jù)各個(gè)部分功能的不同逐一介紹。本節(jié)先對(duì)整體的控制原理圖進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于升降舞臺(tái)的 9個(gè)升降塊的控制電路是完全相同的，因此只給出一個(gè)升降塊的電路圖即可，如圖2-3所示。在本設(shè)計(jì)中變頻器是控制系統(tǒng)的電機(jī)調(diào)速裝置。首先介紹一下變頻器的工作原理。我們知道，交流電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式位： n60 f(1s)/p (1)式中n異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；f異步電動(dòng)機(jī)的頻率；s電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率；p電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)。圖2-2升降塊電器原理圖由式(1)可知，轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在050Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻器就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)

27、節(jié)的，是一種理想的高效率、高性能的調(diào)速手段。本文采用的是日本富士變頻器，表2-1簡(jiǎn)單說(shuō)明設(shè)計(jì)中用到的端子。 表 2-1 變頻器端口說(shuō)明端子標(biāo)記 端子功能 說(shuō)明R，S，T主電路電源的輸入連接3相電源U , V, W變頻器輸出連接連接3相電動(dòng)機(jī)R0，T0控制電源輔助輸入連接與和主電路一樣的3相電源 C1電流輸入按外部模擬輸入電流設(shè)定頻率11模擬輸入信號(hào)公共端模擬輸入信號(hào)的公共端子FWD正轉(zhuǎn)運(yùn)行/停止命令FWDCM閉合 正轉(zhuǎn)運(yùn)行REV反轉(zhuǎn)運(yùn)行/停止命令 REVCM 閉合 反轉(zhuǎn)運(yùn)行X8,X9選擇輸入頻率和加速度選擇30A30B30C總報(bào)警輸出繼電器選擇在異常時(shí)激磁Y5A，Y5B可選信號(hào)輸出繼電器根據(jù)頻

28、率決定有無(wú)輸出2.2.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件示意圖根據(jù)控制要求中安全的要求，我們對(duì)升降舞臺(tái)的機(jī)械設(shè)備上行程的極限和下行程的極限做限位保護(hù)。當(dāng)某個(gè)升降塊超過(guò)極限位置時(shí)應(yīng)該通知用戶(hù)，切斷電源。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件示意圖如圖2-2所示。圖2-3現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)元件示意圖2.2.3 系統(tǒng)供電原理圖升降舞臺(tái)控制系統(tǒng)都要從現(xiàn)場(chǎng)提供的總配電柜里面獲取電源，控制系統(tǒng)的電氣控制柜和操作臺(tái)都需要使用交流電源，標(biāo)有 N 的是從配電柜來(lái)的零線(xiàn)。為了讓用戶(hù)了是否加電正確 在 A B C 三相下各接了一個(gè)指示燈，用來(lái)指示各相線(xiàn)是否有電 。從配電柜來(lái)的三相電首先經(jīng)過(guò)自動(dòng)空氣開(kāi)關(guān) QF 然后經(jīng)過(guò)主接觸器 KM 給電機(jī)系統(tǒng)供電?？諝忾_(kāi)關(guān) QF 位于

29、系統(tǒng)總電源的入口 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)流時(shí)自動(dòng)跳閘保護(hù)其后的電器元件?？諝忾_(kāi)關(guān)的額定電流選擇120A。主接觸器 KM 通過(guò)啟動(dòng)和停止按鈕的控制負(fù)責(zé)給系統(tǒng)上電或者關(guān)閉主電源。空氣開(kāi)關(guān)和主接觸器都選擇施奈德的產(chǎn)品能夠保證系統(tǒng)可靠的供電。系統(tǒng)加電的過(guò)程是：合上配電柜的空氣開(kāi)關(guān)，如果 A B C 三相電源指示燈點(diǎn)亮，說(shuō)明配電柜供電正常，然后合上空氣開(kāi)關(guān) QF 會(huì)看到 電源指示 燈點(diǎn)亮。按下 啟動(dòng) 按鈕，在主接觸器自鎖的作用下，主接觸器會(huì)保持吸合同時(shí) 啟動(dòng) 指示燈點(diǎn)亮。說(shuō)明系統(tǒng)上電成功可以開(kāi)始運(yùn)行。關(guān)閉系統(tǒng)電源的過(guò)程是 按下 停止 按鈕。主接觸器線(xiàn)圈回路失電。主接觸器斷開(kāi)，系統(tǒng)的電機(jī)部分失去供電，停止運(yùn)行。此時(shí)

30、 啟動(dòng) 指示燈熄滅為了使在系統(tǒng)出現(xiàn)緊急故障時(shí)能夠馬上切斷主電源，供電電路部分還增加了 急停 按鈕 急停按鈕是一個(gè)蘑菇頭按鈕，具有自鎖功能，一旦按下就會(huì)一直保持被按下的狀態(tài)，除非操作員手工進(jìn)行復(fù)位。按下急停按鈕后，主接觸器斷開(kāi)系統(tǒng)失電。關(guān)于 UPS 和模板的供電電路原理如圖2-4 所示。圖2-4系統(tǒng)供電原理圖2.3 系統(tǒng)信號(hào)類(lèi)型根據(jù)控制要求，舞臺(tái)控制系統(tǒng)中需要檢測(cè)的信號(hào)比較多，按照各個(gè)信號(hào)的類(lèi)型可以分為以下幾種：1 開(kāi)關(guān)量舞臺(tái)控制系統(tǒng)中，要求對(duì)平層位置，極限位置做檢測(cè)。因此有開(kāi)關(guān)量輸入。對(duì)接觸器的操作需要中間繼電器，因此系統(tǒng)中有開(kāi)關(guān)量輸出。2 脈沖量升降舞臺(tái)的位置檢測(cè)采用的方法是脈沖計(jì)數(shù)。根據(jù)機(jī)

31、械傳動(dòng)比可以計(jì)算出每一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的距離。3 模擬量本設(shè)計(jì)所選用的變頻器控制頻率的方法有420mA 電流和0. 5V 電壓可供選擇。一般來(lái)說(shuō)變頻器所在的電氣控制柜位于舞臺(tái)底坑，而計(jì)算機(jī)位于舞臺(tái)臺(tái)面，它們直接的距離較遠(yuǎn)。因此0. 5V 的電壓傳送很容易被干擾,因此本文選擇了 420mA 的模擬量電流傳輸。2.4 本章小結(jié)本章對(duì)舞臺(tái)控制系統(tǒng)的方案進(jìn)行了充分的論證，并從中選擇了合理的控制方案和控制結(jié)構(gòu)，解決了設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。確定了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，電機(jī)和調(diào)速的方法，檢測(cè)元件的類(lèi)型，微機(jī)的型號(hào)，板卡的選擇并給出了總體的設(shè)計(jì)思路。完成了舞臺(tái)的硬件部分設(shè)計(jì)。第3章 模糊控制策略研究3.1 模糊控制簡(jiǎn)介模糊控制

32、是以模糊集合理論為基礎(chǔ)的一種新興的控制手段，它是模糊系統(tǒng)理論和模糊技術(shù)與自動(dòng)控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。自從這門(mén)科學(xué)誕生以來(lái)，它產(chǎn)生了許多探索性甚至是突破性的研究與應(yīng)用成果，同時(shí)，這一方法也逐步成為了人們思考問(wèn)題的重要方法論。1965年美國(guó)的控制論專(zhuān)家L. A. Zadeh教授創(chuàng)立了模糊集合論，從而為描述，研究和處理模糊性現(xiàn)象提供了一種新的工具。一種利用模糊集合的理論來(lái)建立系統(tǒng)模型，設(shè)計(jì)控制器的新型方法模糊控制也隨之問(wèn)世了。模糊控制的核心就是利用模糊集合理論，把人的控制策略的自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能夠接受的算法語(yǔ)言所描述的控制算法，這種方法不僅能實(shí)現(xiàn)控制，而且能模擬人的思維方式對(duì)一些無(wú)法構(gòu)造數(shù)學(xué)模型的

33、被控對(duì)象進(jìn)行有效的控制。隨著計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，模糊控制也由最初的經(jīng)典模糊控制發(fā)展到自適應(yīng)模糊控制，專(zhuān)家模糊控制和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)模糊控制。其實(shí)現(xiàn)方式也由最初在微型機(jī)（單片機(jī)）上用軟件方法實(shí)現(xiàn)發(fā)展到應(yīng)用模糊控制開(kāi)發(fā)出模糊計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接控制4。模糊控制作為智能領(lǐng)域中最具有實(shí)際意義的一種控制方法，已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域，家用電器自動(dòng)化領(lǐng)域和其他很多行業(yè)中解決了傳統(tǒng)控制方法無(wú)法或者是難以解決的問(wèn)題，取得了令人矚目的成效。已經(jīng)引起了越來(lái)越多的控制理論的研究人員和相關(guān)領(lǐng)域的廣大工程技術(shù)人員的極大興趣。但是我們也應(yīng)該看到，模糊控制的理論和應(yīng)用雖然已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但是就目前的狀況來(lái)看，尚缺乏重大

34、的突破，因此模糊控制無(wú)論在理論和應(yīng)用上都有待于進(jìn)一步的深入研究和探討。3.1.1 模糊控制發(fā)展簡(jiǎn)介1965年扎德在信息與控制雜志上先后發(fā)表了“模糊集”（Fuzzy Sets）和“模糊集與子系統(tǒng)”（Fuzzy Sets & Systems），產(chǎn)生了模糊集合論，奠定了模糊集理論和應(yīng)用研究的基礎(chǔ)。但“模糊”一詞卻在美國(guó)科技界遭到懷疑和反對(duì)，為此而影響了模糊邏輯在美國(guó)的研究和應(yīng)用推廣。1968年扎德首次公開(kāi)發(fā)表其“模糊算法”。1973年發(fā)表了語(yǔ)言與模糊邏輯相結(jié)合的系統(tǒng)建立方法。1974年倫敦大學(xué)Mamdani博士首次嘗試?yán)媚：壿?，成功地開(kāi)發(fā)了世界上第一臺(tái)模糊控制的蒸氣引擎。19651974

35、年是模糊控制發(fā)展的第一階段，即模糊數(shù)學(xué)發(fā)展與成形階段。其間于1972年，日本模糊系統(tǒng)研究基金會(huì)建立，后來(lái)成為國(guó)際模糊系統(tǒng)協(xié)會(huì)（IFSA）的日本辦事處。第二階段大約從19741979年，這是產(chǎn)生簡(jiǎn)單模糊控制器的階段。在這期間，美國(guó)加州一公司率先生產(chǎn)了世上第一只模糊邏輯芯片。1980年丹麥的斯密司公司首次應(yīng)用芯片在水泥烘干機(jī)中成功地實(shí)現(xiàn)了模糊邏輯控制，但其自適應(yīng)能力和魯棒性有限，穩(wěn)態(tài)精度也不夠理想。1979年至今是發(fā)展高性能模糊控制的第三階段。1979年T. J. Procky和E. H. Mamdani共同提出了自學(xué)習(xí)概念，使系統(tǒng)性能大為改善。1983年日本富士電機(jī)開(kāi)創(chuàng)了日本第一項(xiàng)應(yīng)用水凈化處理

36、。1987年日本仙臺(tái)地鐵線(xiàn)采用了模糊邏輯控制器。1989年日本把模糊邏輯消費(fèi)品推向高潮，同年，扎德教授出任OMRON（立石）公司高級(jí)顧問(wèn)。1993年，扎德教授應(yīng)OMRON之請(qǐng)，在ISA/93博覽會(huì)的新聞發(fā)布會(huì)上作了以“軟計(jì)算”為題的發(fā)言。扎德曾獲得日本企業(yè)家贈(zèng)與的15萬(wàn)美元的本田獎(jiǎng)。今天，模糊邏輯控制技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到相當(dāng)廣泛的領(lǐng)域之中。在日本，家用電氣已成為其主攻市場(chǎng)，諸如智能洗衣機(jī)（日立）、微波爐（夏普）、吸塵器、空調(diào)機(jī)（三菱）、照相機(jī)和攝錄機(jī)（立石）等等；在工業(yè)閉環(huán)控制系統(tǒng)中有水凈化處理、發(fā)酵控制、化學(xué)反應(yīng)釜、水泥窯爐等等。在專(zhuān)用系統(tǒng)和其他方面有地鐵控制（日本）、電梯、自動(dòng)扶梯、蒸氣引擎、聲

37、控直機(jī)、紙幣識(shí)別裝置以及機(jī)器人等等5。3.1.2 模糊控制應(yīng)用眾所周知，當(dāng)代的一些高新技術(shù)的發(fā)展似乎有這樣一個(gè)趨向，即歐洲從事理論研究，美國(guó)從事技術(shù)突破，而日本從事應(yīng)用開(kāi)發(fā)并率先推出商品，而且逐漸成為這項(xiàng)技術(shù)的主導(dǎo)國(guó)家。模糊邏輯也不例外。中國(guó)、也是世界上模糊邏輯研究的領(lǐng)先者之一。中國(guó)擁有萬(wàn)名以上的科技工作者從事這項(xiàng)研究,在投入的人力方面，比日本、歐美都多，居世界第一。應(yīng)用微機(jī)進(jìn)行模糊控制，能將人的操作經(jīng)驗(yàn)和微機(jī)的高速、準(zhǔn)確運(yùn)算以及控制能力有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，加上傳感器的配合，就可以得到比狀態(tài)空間方法更為實(shí)用的自動(dòng)控制方式。實(shí)踐證明，模糊控制系統(tǒng)具有許多優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制精度相對(duì)較高、動(dòng)態(tài)性能良好

38、、對(duì)負(fù)載及參數(shù)變化不敏感。因此，模糊控制是一種具有廣寬應(yīng)用前景的新技術(shù)。盡管家電方面的商品較多，但是應(yīng)用于工業(yè)過(guò)程控制領(lǐng)域則有更大的效益。近幾年來(lái)，針對(duì)模糊控制精度不太高、自適應(yīng)能力有限以及容易產(chǎn)生振蕩等現(xiàn)象，提出了一系列的改進(jìn)方案，諸如設(shè)計(jì)了控制規(guī)則可調(diào)整的模糊控制器，具有積分作用的模糊控制器，參數(shù)自調(diào)整式模糊控制器，復(fù)合型控制器以及自學(xué)習(xí)模糊控制器（包括自尋優(yōu)式、專(zhuān)家式和神經(jīng)式）等等。模糊控制、專(zhuān)家控制和神經(jīng)控制是構(gòu)成智能化控制的三大塊，人們特別對(duì)模糊邏輯與神經(jīng)技術(shù)相結(jié)合的系統(tǒng)抱有較大的希望。利用模糊推理和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的學(xué)習(xí)功能對(duì)控制參數(shù)作調(diào)整，就可能得到更為理想的模糊神經(jīng)網(wǎng)（F

39、NN）控制器6。已有一些公司在它們的產(chǎn)品中應(yīng)用這種技術(shù)結(jié)合。3.2 舞臺(tái)升降模糊控制概述3.2.1 模糊控制的基本原理針對(duì)本文所述的舞臺(tái)控制系統(tǒng)，其模糊控制的基本原理可由圖3-1表示，其核心部分是模糊控制器，如圖3-1中上面的四個(gè)部分。非模糊化處理模糊推理模糊控制規(guī)則模糊量化處理 位置檢測(cè)舞臺(tái)升降交流電機(jī)變頻器圖3-1舞臺(tái)控制系統(tǒng)原理圖執(zhí)行模糊控制算法的過(guò)程如下：計(jì)算采樣取得舞臺(tái)升降塊的實(shí)際值，然后將該實(shí)際值與給定值比較后得到誤差信號(hào)E 。通常選取誤差信號(hào)E 和它的變化率EC 作為模糊控制器的輸入。把誤差信號(hào)E 和其變化率EC 的精確量進(jìn)行模糊量化后變成模糊量，然后就可用相應(yīng)的模糊語(yǔ)言表示。于

40、是便得到了E 和EC 的一個(gè)模糊子集。再由E 、EC 和模糊關(guān)系R ，根據(jù)推理的合成規(guī)則進(jìn)行模糊推理，得到控制量u 的增量u ，控制升降塊高度的改變，使其高度與給定值相近7。 (3-1)式中“”表示模糊合成運(yùn)算。為了對(duì)升降塊高度實(shí)施精確的控制，應(yīng)該將模糊量u 轉(zhuǎn)換為精確量，這一過(guò)程稱(chēng)為非模糊化。將該精確量（高度給定）輸出給變頻器就可以對(duì)升降塊進(jìn)行準(zhǔn)確控制。于是一個(gè)采樣周期內(nèi)的控制過(guò)程就完成了。根據(jù)以上描述，模糊控制算法為以下幾個(gè)過(guò)程：1根據(jù)本次采樣得到升降塊高度值，給定值計(jì)算誤差E 及誤差變化率EC；2將輸入變量的精確值變?yōu)槟：浚?根據(jù)輸入變量及模糊控制規(guī)則，按照模糊推理合成規(guī)則計(jì)算控制量。

41、3.2.2 模糊控制器的設(shè)計(jì)1模糊控制器的輸入變量和輸出變量根據(jù)所采用的輸入變量和輸出變量的不同可以將模糊控制系統(tǒng)劃分為單輸入、單輸出(SISO）系統(tǒng)；多輸入、單輸出（MISO）系統(tǒng)；多輸入多輸出（MIMO）系統(tǒng)等輸入量的個(gè)數(shù)又稱(chēng)模糊控制器的維數(shù)。輸入量的個(gè)數(shù)又稱(chēng)模糊控制器的維數(shù)。模糊控制器的維數(shù)越高，則其控制精度也就越高8。但維數(shù)越高則算法越復(fù)雜，因此，一般選擇二維模糊控制器，就是考慮誤差E 和誤差變化率Ec作為模糊控制器的輸入，模糊控制器的輸出變量為高度控制量的增量u ，控制量為u( k ) , （3-2）其典型的控制框圖如圖升降舞臺(tái) E -模糊控制器d/dt 采樣裝置變頻器和交流電機(jī)圖3

42、-2升降舞臺(tái)模糊控制框圖2輸入、輸出變量論域的選取誤差E、誤差變化率EC以及控制作用增量u基本論域的確定。在本控制系統(tǒng)中，被控制量是升降塊高度，模糊控制器輸入量為升降塊高度的誤差E和誤差的變化率EC，輸出量是升降塊高度的增量。根據(jù)舞臺(tái)設(shè)計(jì)的要求，各升降塊高度值應(yīng)該可以在臺(tái)面高度以上自由組合，要求系統(tǒng)精度在-5，+5mm。誤差E 的論域先定為-6，+6m ，超出該論域的偏差值當(dāng)作最大值處理。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)誤差變化率EC 的基本論域設(shè)定為-0.5，+ 0.5m/s。高度控制是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)交流電機(jī)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它的輸入為數(shù)字量的00H -FFH ，輸出電壓是連續(xù)可調(diào)的0-220v 。模糊控制器的輸出，即

43、交流電機(jī)的輸入。增量論域?yàn)?6，+6 m。把誤差E、誤差變化率EC、控制輸出的增量u論域統(tǒng)一量化為13 檔的離散域，即 -6 ，-5，-4，-3，-2，-1，0，+ 1，+ 2，+3，+ 4，+ 5，+6。于是比例因子也就確定下來(lái)： 用 、和表示誤差和誤差變化及控制增量的比例因子，則有=6/6=1 =6/0.5=12 =6/6=1 比例因子對(duì)模糊控制系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)性能有很大的影響。歸納如下：l ) 越大，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)惰性越小，系統(tǒng)的上于速率越大；但 過(guò)大，則系統(tǒng)的上升速率過(guò)大，將產(chǎn)生較大的超調(diào)，使調(diào)節(jié)時(shí)間增長(zhǎng)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)產(chǎn)生振蕩，甚至使系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作。2 ) 過(guò)小，系統(tǒng)的上升速率較小，導(dǎo)致快速性

44、變差，同時(shí)，它也嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性，導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)精度降低。3 ) 過(guò)大時(shí)，系統(tǒng)輸出的上升速率減小，系統(tǒng)的過(guò)度過(guò)程時(shí)間變長(zhǎng)，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)輸出發(fā)散。4 ) 過(guò)小時(shí)，系統(tǒng)輸出的上升速率將增加，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)輸出產(chǎn)生過(guò)大的超調(diào)和振蕩，并且反向超調(diào)也增大。5 ) 取得過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)輸出的上升速率過(guò)大，從而使系統(tǒng)輸出產(chǎn)生波動(dòng)，將導(dǎo)致等幅振蕩或發(fā)散。5 ) 過(guò)小，則系統(tǒng)的前向增益很小，因此系統(tǒng)輸出的上升速率較小，快速性變差，如果過(guò)小還將使穩(wěn)態(tài)誤差增加9。3模糊劃分對(duì)于一個(gè)語(yǔ)言變量，一般而言，其取值為5-9個(gè)左右，取值數(shù)量過(guò)少，則控制較為粗糙；取值數(shù)量過(guò)多，則控制趨向精確控制，從而失去模糊控制的特點(diǎn)。取誤差E

45、 、誤差變化率EC和控制量增量u 的模糊集均為： NB（負(fù)大），NM（負(fù)中）， NS（負(fù)小）， ZE（零），PS（正小) ， PM（正中）， PB（正大）4模糊控制規(guī)則確定了模糊控制器的結(jié)構(gòu)和模糊量的個(gè)數(shù)，就可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況或者專(zhuān)家的意見(jiàn)建立模糊控制規(guī)則。對(duì)于二維模糊控制器來(lái)說(shuō)，模糊控制規(guī)則如表 所示，可以建立49條規(guī)則，并創(chuàng)立模糊控制表如表3.1所示：規(guī)則： R1：if E=NB and EC=NB then u1=PB；R2：if E=NB and EC=NM then u2=PB；R3：if E=NB and EC=NS then u3=PB；R4：if E=NB and EC=ZO t

46、hen u4=PB；R5：if E=NB and EC=PS then u4=PM；R6：if E=NB and EC=PM then u4=ZO；R7：if E=NB and EC=PB then u4=ZO；表3-1模糊控制規(guī)則表 EC UENBNMNSZOPSPMPBNBPBPBPBPBPMZOZONMPBPBPBPBPMZOZONSPMPMPMPMZONSNSZOPMPMPSZONSNMNMPSPSPSZONMNMNMNMPMZOZONMNBNBNBNBPBZOZONMNBNBNBNB5模糊推理及反模糊化設(shè)計(jì)模糊推理：由式 可知，若輸入為E and Ec ，則推出， 。反模糊化可采用重

47、心法來(lái)求取10。若 (3-3)則反模糊化后的精確量為為 (3-4)6制定模糊控制查詢(xún)表根據(jù)上述的模糊關(guān)系來(lái)計(jì)算模糊控制查詢(xún)表，由于重心法全面考慮模糊量的有關(guān)信息，它能夠全面反映輸出的模糊推理結(jié)果同時(shí)執(zhí)行運(yùn)算較為容易。因此，在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)當(dāng)中，采用的就是重心法。表格如表3-2。實(shí)際應(yīng)用模糊控制時(shí)，先離線(xiàn)計(jì)算好模糊控制查詢(xún)表，然后將其存入計(jì)算機(jī)，編制模糊控制算法程序時(shí)采用查表法11，這樣可以簡(jiǎn)化在線(xiàn)計(jì)算，速度較快。表3-2模糊控制查詢(xún)表ECUE-6-5-4-3-2-10+1+2+3+4+5+6-66565663310000-55555555331000-46565666331000-3555555

48、5210-1-1-1-23334333000-1-1-12-2-1033341100-1-1-3-3-3+1222200-1-3-3-2-3-3-3+2111-10-2-3-3-3-2-3-3-3+30000-2-2-5-5-5-5-5-5-5+4000-1-3-3-6-6-6-5-6-5-5+5000-1-3-3-5-5-5-5-5-5-5+6000-1-3-3-6-6-6-5-6-5-67確定采樣時(shí)間由于模糊控制也是計(jì)算機(jī)控制的一種類(lèi)型，所以采樣時(shí)間的選擇是必不可少的環(huán)節(jié)，而且采樣時(shí)間的大小也影響著系統(tǒng)的控制效果與精度。香農(nóng)（Shannon ）采樣定理給出了選擇采

49、樣周期的依據(jù)，即：T/, (3-5)式中 為采樣信號(hào)的上限角頻率12。采樣周期的選擇可參考以下幾個(gè)因素： 從執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)看，有時(shí)要求輸出信號(hào)保持一定的時(shí)間，因?yàn)閳?zhí)行機(jī)構(gòu)本身響應(yīng)很快，采樣時(shí)間基本不需考慮執(zhí)行機(jī)構(gòu)的響應(yīng)時(shí)間； 從控制系統(tǒng)隨動(dòng)以及抗干擾的性能要求方面看，希望采樣時(shí)間短些為好：我們可確定采樣周期為0.1秒。3.3 本章小結(jié)本章內(nèi)容詳細(xì)介紹了模糊控制的發(fā)展歷程以及優(yōu)點(diǎn)，并通過(guò)模糊控制規(guī)則建立了系統(tǒng)的模糊控制器模型，制定了模糊控制查詢(xún)表，為后面的軟件控制部分的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。第4章 軟件的實(shí)現(xiàn)4.1 C + Builder發(fā)展簡(jiǎn)介Borland C + Builder簡(jiǎn)稱(chēng)（BCB）發(fā)展至今已

50、第六版，它是一種可視化的程序語(yǔ)言，所謂“可視化”，是指開(kāi)發(fā)圖形應(yīng)用界面的方法，其方法就是在建立用戶(hù)界面（User Interface）時(shí)，不必編寫(xiě)程序來(lái)描述輸入或輸出界面的外觀和配置，只要使用工具箱的工具，在程序設(shè)計(jì)階段便可以實(shí)現(xiàn)，是屬于一種“What you see is what you get”可視化的設(shè)計(jì)觀念。C + Builder是以C語(yǔ)言為基礎(chǔ)，再加入許多觀念以及Windows GUI有關(guān)的功能。本設(shè)計(jì)中選擇了C + Builder 作為升降舞臺(tái)的開(kāi)發(fā)環(huán)境，主要是基于以下幾點(diǎn)考慮：1支持 C+語(yǔ)言C 語(yǔ)言是一種中級(jí)語(yǔ)言，既有高級(jí)語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)化、自然語(yǔ)言化的優(yōu)點(diǎn)，又能夠像低級(jí)的匯編語(yǔ)言

51、那樣直接訪問(wèn)硬件的優(yōu)點(diǎn)，因此控制程序大多數(shù)使用 C 語(yǔ)言編程。C+語(yǔ)言使用C語(yǔ)言編程，采用了面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，這符合 Windows這種以事件觸發(fā)程序流程的編程方法。C+支持封裝、繼承、重載、多態(tài)性和虛函數(shù)等特性，它把屬于一類(lèi)事物的屬性和方法抽象成類(lèi)來(lái)使用，和我們對(duì)自然的認(rèn)識(shí)方法相符合，而且可以嚴(yán)格規(guī)定對(duì)屬性的存取權(quán)限。2可視化的C+開(kāi)發(fā)環(huán)境C + Builder提供符合ANSI/ISO標(biāo)準(zhǔn)的、功能強(qiáng)大的C+編譯器，并能集成功能完善、高效的可視化開(kāi)發(fā)環(huán)境，C + Builder運(yùn)用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)構(gòu)造以組件為基礎(chǔ)的開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)，軟件組件讓程序代碼可重復(fù)使用的能力大大提高，縮短了整個(gè)軟件的開(kāi)發(fā)周期。

52、3. 存取數(shù)據(jù)庫(kù)C + Builder內(nèi)有多種數(shù)據(jù)庫(kù)存取方式，無(wú)論用戶(hù)使用何種數(shù)據(jù)庫(kù)，都可運(yùn)用C + Builder功能豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)感知功能組件，快速開(kāi)發(fā)出以數(shù)據(jù)為中心的窗口應(yīng)用程序或Web應(yīng)用程序13。4.2 面設(shè)計(jì)及其制作4.2.1 界面設(shè)計(jì)4.2.1.1 程序設(shè)計(jì)基本流程計(jì)算機(jī)是協(xié)助人們解決問(wèn)題的工具，因此程序設(shè)計(jì)者必須先充分了解解決問(wèn)題的步驟，才能編寫(xiě)出合適的應(yīng)用程序。編輯一個(gè)C + Builder程序主要分為三大步驟：（1）利用組件模板中的組件建立用戶(hù)輸入輸出界面。（2）設(shè)置窗體上各種控件（或稱(chēng)對(duì)象）的屬性值。（3）編寫(xiě)各種控件對(duì)應(yīng)的事件函數(shù)。4.2.1.2 設(shè)計(jì)要求舞臺(tái)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，要通過(guò)硬件與軟件的連接，通過(guò)軟件制作的操作界面來(lái)控制硬件，間接來(lái)控制舞臺(tái)。所以設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)舞臺(tái)控制系統(tǒng)課題的要求，參考整體設(shè)計(jì)要求、功能要求，參考硬件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出舞臺(tái)控制系統(tǒng)的軟件部分。控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)功能如下：1設(shè)定功能能夠隨時(shí)設(shè)定各塊的高度（手動(dòng)/自動(dòng)）。2運(yùn)行功能運(yùn)行功能分為自動(dòng)運(yùn)行