3D舞台威亚系统安全性控制方法研究

摘要

随着社会的发展、科学技术的进步，以及观众对演艺艺术追求的提升， 3D舞台威亚正逐渐成为现代演艺舞台表演中不可或缺的组成部分。3D 舞台威亚作为空中高危演艺设备，若在演艺过程中遭遇操作不当或设备故障就有可能导致系统安全事故，因此，若能借助于控制手段来实现控制器参数优化及伺服驱动器的冗余重组，来提高 3D舞台威亚系统的安全性，无疑是一极有意义的工作。鉴于此，本文结合现有3D舞台威亚系统结构，根据自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control, ADRC）思想，从建立舞台威亚系统的“抗扰范式”入手，在深入分析舞台威亚运动学机理的基础上，研究了 3D舞台威亚系统自抗扰控制器参数的优化；针对 3D舞台威亚系统中伺服驱动器故障，设计了基于冗余的可重组容错的伺服驱动器硬冗余切换机制，具体工作如下： 1）从ADRC的基本结构及控制思想入手，详尽分析了 ADRC各组成部分的工作原理及非线性系统“抗扰范式”的建模原理，并在舞台威亚系统体系结构及相关技术的基础上，根据 ADRC 的“鱼骨+鱼刺”的建模思想，建立了 3D 舞台威亚系统的“抗扰范式”数学模型，为实现舞台威亚单机高精度控制提供了保障，进而为实现 3D舞台威亚系统控制器参数优化及故障容错重组控制方法研究奠定了基础。 2）针对 3D舞台威亚系统自抗扰控制器参数多且难以整定的问题，将鸟群算法（BSA）引入其中对自抗扰控制器的参数进行了优化研究。然后结合 3D 舞台威亚的运行性能及 ADRC 的特质，分析确定了 ADRC 需优化整定的参数，并基于智能优化算法 BSA对 ADRC的参数进行了优化整定。仿真结果表明，BSA不仅能克服粒子群算法使 ADRC参数易陷入局部最优的缺点，而且运算简单高效且易于实现，经 BSA 优化后的 ADRC 改善了 3D 舞台威亚单点吊机运行性能与鲁棒性，为威亚的同步控制及安全运行提供了保障。 3）针对 3D威亚系统中伺服驱动器故障，基于可重组性量化评价，进行了伺服驱动器故障的容错重组设计。首先，结合工程实际给出了几种系统合理配备伺服驱动器的个数，使系统达到硬冗余的条件，通过量化评价选出合理的配置重组方案；其次，利用伺服驱动器自诊断功能判断是否发生故障，若发生故障时，则通过切换事先配备好的闲置伺服驱动器去替换故障伺服驱动器，从而通过重组实现系统故障伺服驱动器的容错。实验结果表明，所提出的重组容错控制策略不仅可以完成伺服驱动器故障时的快速切换，而且能有效地提高 3D舞台威亚系统的安全可靠性能，节约项目成本，具有一定的工程实用价值。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 舞台威亚系统相关技术国内外发展历程

1.3 3D舞台威亚系统安全性相关技术发展现状

1.4 本文主要研究内容与结构安排

1.5 本章小结

第2章 3D舞台威亚系统运动学原理及抗扰范式建立

2.1 引言

2.2 自抗扰控制“抗扰范式”概述

2.3 3D舞台威亚系统运动学原理及“抗扰范式”建立

2.4 本章小结

第3章 基于鸟群算法的3D舞台威亚系统ADRC的参数优化

3.1 引言

3.2 智能优化算法概述

3.3 基于鸟群算法的3D威亚ADRC参数优化

3.4 基于BSA的威亚单点吊机ADRC参数优化整定流程

3.5 仿真研究

3.6 本章小结

第4章 基于可重组量化评价的3D舞台威亚系统容错控制方法研究

4.1 引言

4.2 伺服驱动器量化评价知识概述

4.3 3D舞台威亚系统伺服驱动器可重组性量化评价体系

4.4 3D舞台威亚系统硬冗余切换与重组容错的控制实现

4.5 3D舞台威亚伺服驱动器硬冗余切换与容错控制策略

4.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

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