舞台现场四电机同步控制系统设计与方法研究

论文摘要

2008年,北京奥运会成功举办,令世界瞩目,其中舞台设备控制系统的高效运行,是开闭幕式表演成功的重要保障。开闭幕式的表演具有规模大、道具多、动作复杂、时限性强等特点,因而对舞台设备控制系统的设计和应用提出了更高的要求。本文针对四电机驱动升降平台,设计了舞台表演机械设备的控制系统,研究了多电机同步控制的方法。首先,从舞台表演的需求和集散控制系统的功能结构出发,进行四电机驱动升降平台控制系统的总体方案设计,并采用设备冗余和网络冗余的手段来提高系统的可靠性。其次,实现了四电机驱动升降平台控制系统中的数据传输。针对系统中不同设备的功能需求,采用基于PROFIBUS-DP和Ethernet网络的两种通讯手段来实现PLCS7-400与其他设备的数据传输。最后,针对四电机同步升降平台,对多电机同步控制的交叉耦合方法进行研究。交叉耦合同步控制有主从控制和等状态控制两种结构,本文从单电机系统模型出发,对等状态控制进行建模,分析系统的稳定性。然后根据具体的设备参数,从抗干扰性能出发,使用工程设计的方法进行跟踪控制器和同步补偿器的设计,定量分析了两轴系统的稳定性。并在两轴系统和四轴系统中,分别进行两种同步控制结构下启动性能和同步性能的对比分析,认为等状态控制更适合应用于四电机升降平台的同步控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 舞台机械控制系统发展现状
• 1.2.2 多电机同步控制发展现状
• 1.3 研究内容及组织结构
• 第二章 四电机驱动升降台控制系统设计
• 2.1 引言
• 2.2 系统功能分析
• 2.2.1 被控对象描述
• 2.2.2 系统总体需求分析
• 2.3 总体设计方案
• 2.3.1 系统结构设计
• 2.3.2 系统模块设计
• 2.3.3 主要模块的设备选型
• 2.3.4 系统网络冗余设计
• 2.4 系统安全性设计
• 2.5 本章小结
• 第三章 四电机驱动升降平台控制系统数据传输
• 3.1 引言
• 3.2 基于PROFIBUS-DP总线的数据传输
• 3.2.1 系统中的PROFIBUS-DP网络
• 3.2.2 数据传输的两种方式
• 3.2.3 S7-400与S7-300数据传输
• 3.2.4 S7-400与SEW变频器数据传输
• 3.3 基于Ethernet的数据传输
• 3.3.1 系统中的Ethernet网络
• 3.3.2 S7-400与上位机的Ethernet数据传输
• 3.4 本章小结
• 第四章 四电机升降平台同步控制方法研究
• 4.1 引言
• 4.2 交叉耦合同步的两种方法
• 4.2.1 主从同步控制
• 4.2.2 等状态同步控制
• 4.3 多电机等状态同步控制
• 4.3.1 单直流电机调速系统模型
• 4.3.2 多电机等状态同步控制系统建模
• 4.3.3 控制器设计方法
• 4.4 稳定性和抗扰性分析
• 4.4.1 控制系统的稳定性
• 4.4.2 等状态同步控制的稳定性分析
• 4.4.3 等状态同步控制的抗扰性能分析
• 4.5 两轴系统稳定性定量分析
• 4.5.1 控制器结构及参数设计
• 4.5.2 两轴系统稳定性
• 4.6 仿真分析
• 4.6.1 两轴系统仿真分析
• 4.6.2 四轴系统仿真分析
• 4.7 算法实现研究
• 4.7.1 具备的条件
• 4.7.2 存在的问题及解决方案
• 4.8 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 未来的工作
• 致谢
• 参考文献表
• 作者在学期间取得的学术成果