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随着科技的不断发展及人们对舞台演艺水准期望的不断攀升,现代舞台机械控制系统在结构和功能方面都变的越来越复杂,系统发生故障的几率也随之增加。而现代舞台是一个与人密切交互的系统,其可靠性直接关系到现场人员与设备的安全,因此,舞台系统始终将安全可靠性当作舞台技术研究的中重中之重。鉴于此,本文从我国实际舞台系统的控制模式与层次结构出发,以某实际剧场舞台系统为背景,结合故障诊断与容错控制的思想,分别在系统结构顶层设计了一个安全稳定的上位监控软件,在中间层针对变频器故障设计了一种故障重构调度策略,在底层对编码器进行了故障诊断与软闭环容错控制。从三个层次对控制系统出现的故障进行分层协调处理,其主要研究内容包括: 1)舞台机械控制系统上位软件开发与安全性设计 根据实际舞台系统需求,利用VB和C#分别开发了上位监控软件。软件与PLC之间采用OPC通信模式,软件内部采用ACCESS本地数据库,在数据传输中,采取握手应答的方式。在软件中分别从操作人员以及设备两方面进行安全性设计,针对不同操作人员以及不同设备进行了相应安全性设定。 2)舞台台下子系统变频器故障重构调度容错 舞台台下子系统基本为每个台子配备一台变频器,根据演艺要求,实际演出中,驱动台下设备的变频器大多并非同时工作。因此,利用这一驱动冗余特点,当某一变频器出现故障时,通过实时分析实际舞台中其它变频器的工作状况,借助于软硬件调度与重构,用闲置正常且功率匹配的变频器的输出替换故障变频器输出,由此实现故障变频器的容错控制。 3)舞台台下子系统双编码器故障诊断与软闭环容错 实际舞台系统当中,台下子系统安装有增量式编码器和绝对值编码器,二者存在解析冗余。针对台下设备编码器故障,文中提出了一种基于数据驱动的双编码器故障诊断与容错方法。该方法首先利用广义回归神经网络(GRNN)分别建立两个编码器输出与对应输入的广义预测模型,之后利用序贯概率比(SPRT)算法进行故障诊断,最后根据不同故障情况选择合适的软闭环切换机制,保证系统反馈信息的可靠性。仿真结果表明,此方法可以及时有效的检测出编码器故障,并且进行相应的安全切换,以软闭环方式确保了编码器故障时系统的稳定运行。