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關于音樂噴泉的論文

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1、關于音樂噴泉的論文   摘要: 介紹了 計算 機在噴泉水泵的供電、調(diào)速、搖擺噴頭的定位、多媒體 音樂 噴泉的控制及計算機輔助配樂、人工智能實時控制等方面的 應用 與開發(fā)。   關鍵詞: 噴泉工程 電控設計 計算機控制系統(tǒng) 實時控制   音樂噴泉是一項幻彩聲控, 現(xiàn)代 科技 與 藝術 的綜合?,F(xiàn)代噴泉的各種機構動作復雜多樣,變化迅速,又要與音樂同步一致,所以計算機控制系統(tǒng)要完成音樂噴泉的自動選曲、同步演示、控制和存儲樂曲等全部信息數(shù)據(jù)處理及監(jiān)測運行的過程。所以,計算機控制在音樂噴泉中已占有相當重要的地位,隨著多媒體和人工智能的 發(fā)展 ,計算機已從單純噴泉控制發(fā)展到樂曲

2、管理、計算機輔助配樂及噴泉多媒體仿真的計算機集成系統(tǒng)。   限于給水排水專業(yè)范圍,本文不可能對計算機及控制技術作詳盡敘述,而是想通過此文讓噴泉工程的工藝設計者——給水排水工程師,了解現(xiàn)代音樂噴泉在控制方面的最新技術。   1 音樂噴泉水泵的供電系統(tǒng)   在大型音樂噴泉中,用變頻電源供電的電動機總容量會很大,水泵的數(shù)量會很多。在同一時刻,它們各自需要有多種供電頻率。因此,用變頻器來作為變頻電源就會耗費大量投資??梢圆捎眉姓?,先把交流轉變?yōu)橹绷?,再對每路音控水泵采用一臺逆變器,把直流轉換成各種不同頻率的交流電源,向水泵電機供電。這是一種既節(jié)能又可降低控制設備投資的最佳方案。   在集中

3、整流方面,可以采用成套整流裝置,其中用1臺整流裝置作為備用,并用自動合閘來增加供電的可靠性。   目前 逆變器已有 工業(yè) 產(chǎn)品,如德國施萊福公司生產(chǎn)的逆變器有可靠的電氣性能,設計壽命為15年,適用環(huán)境溫度-10℃~40℃。逆變器大都帶有RS485或SPI串行通信接口。計算機的每一路RS485接口可連接32臺逆變器。這樣在計算機上也不再需要D/A轉換接口了。   2 音樂噴泉水泵的PWM調(diào)速控制   噴泉音控主要有兩種方式:(1) 水泵電機的調(diào)速;(2) 控制噴嘴閥門開閉的大小。閥控具有響應快的優(yōu)點,適用于輕松跳躍的節(jié)奏;而在計算機控制下的水泵調(diào)速,則變化多樣,更宜于配合抒情和優(yōu)雅的旋律。

4、對一般音樂噴泉水泵調(diào)速控制不需要采用高精度的變頻器,只要用10∶1調(diào)速范圍的交流電壓調(diào)速系統(tǒng)就可以滿足要求。   由于近來功率半導體器件的飛速發(fā)展,高電壓和大電流的MOSFET或IGBT驅動電路應用已十分普遍。所以在控制計算機中對50周波交流電進行多路PWM調(diào)制,就可以得到多路不同調(diào)制系數(shù)的50周波交流電。再把它們分別驅動MOSFET或IGBT,就會產(chǎn)生不同電壓的50周波交流電源,實現(xiàn)簡便的交流電壓調(diào)速控制。   3 噴泉搖擺機構的定位及速度控制   搖擺噴泉的位置和運動速度的變化是產(chǎn)生搖擺水型瀟灑風彩的重要因素。噴泉搖擺機構的位置傳感器應當是防水的不接觸定位裝置。經(jīng)常采用由磁鐵感應的霍

5、爾傳感器、光纖引導的光電傳感器或磁鐵吸引的旋轉位置編碼器等。   例如對于采用位置編碼器的噴泉搖擺機構的定位裝置包括:裝在搖擺電機軸上的位置編碼器、高速計數(shù)器、控制計算機以及通信接口等。   異步電動機的準確停車涉及到采用何種 方法 進行制動 問題 。采用能耗制動方式,在定子中通入直流電產(chǎn)生制動轉矩進行制動,可在轉速為零時轉矩也為零,達到準確停車的目的。   由于搖擺機構的連桿一般會有較大的間隙,為了達到精確定位只能使搖擺機構從一個方向到達定位點,才能保證其重復精度。因此,搖擺機構需要停車時,每次都必須從一個方向到達定位點。   搖擺機構的定位精度受運動力矩與阻力矩的 影響 。運動力矩

6、決定于電動機的電源電壓和停車前的運動速度等,而阻力矩則由搖擺機構的摩擦力、水流的速度、周圍的風力等合成??梢?,這些都是不能事先確定的因素。所以,為了達到精確定位的目的,我們必須每次改變其控制參數(shù)。對于采用電動機能耗制動來精確定位的控制參數(shù)一般有兩個,直流制動電流的大小和啟動制動時間。對計算機控制較為方便的方式是采用改變制動時間。   在控制系統(tǒng)中,電動機制動時間可用檢測到位點的偏差來進行修正。根據(jù)搖擺機構定位偏差值的統(tǒng)計數(shù)據(jù),經(jīng)過數(shù)學模型的計算,最后確定制動時間。   當搖擺機構的運動速度要與樂曲的節(jié)奏同步時,就要求得它的運動速度,并對搖擺電機進行調(diào)速。由于速度就是位移對時間的微分,所以從

7、搖擺電機軸上位置編碼器送來的脈沖數(shù),就可以在計算機中求出它的運動速度。   4 音樂噴泉的計算機自動控制   音樂噴泉控制 軟件 包括自動選曲、水型與樂曲同步、水型的程序演示、彩色燈光的程序演示、水型的音量隨動、水型的節(jié)奏隨動、聲音的延時控制等。   4.1 自動選曲   音樂噴泉所播放的樂曲光盤可以從計算機的光盤塔中直接播放。當操作員在樂曲數(shù)據(jù)庫中確定了演示樂曲后,計算機控制系統(tǒng)能從光盤塔中自動尋找所要播放的光盤在哪一個光盤驅動器中,隨后啟動該驅動器,正確地播放選定的樂曲。若選擇的樂曲光盤不在光盤塔中時,也會自動揭示。   4.2 水型與樂曲同步控制   當樂曲開始播放,水型會同

8、步演示。在上一首樂曲結束和下一首樂曲開始的間歇期間,水型也會保持同步停止和繼續(xù)演示。計算機控制系統(tǒng)能提供可調(diào)整的聲音延時,對各種不同容量的水泵,采用不同的延時,使水型與樂曲達到同步的效果。   4.3 水型的程序演示   噴泉水泵電動機是受計算機系統(tǒng)的程序控制,每一段樂曲由哪些水泵開始都是由樂曲播放數(shù)據(jù)表中規(guī)定。對某些并聯(lián)控制水泵的動作也受水型的演示程序控制。   4.4 彩色燈光、光纖照明和激光照射的程序演示   與水型的演示程序類似,彩色燈光、光纖照明和激光照射也由計算機系統(tǒng)程序控制。光纖照明用計算機控制步進電機帶動旋轉的彩色遮光盤而進行變色。而激光照射是由計算機對光纖進行掃描。激

9、光光源的波長也由計算機來控制,從而改變激光和亮度,實現(xiàn)各種彩色圖案。   4.5 水型的音量隨動控制   對于某些水型,在藝術造型上要求與音樂隨動,使音樂噴泉表演出樂曲的內(nèi)涵和感情。這種水型的起伏變化是由音控所產(chǎn)生。在樂曲播放數(shù)據(jù)表中,對控制音平的強弱有兩個加權系數(shù),其一是對整個曲段的加權,另一個是在這一段中對某一個或幾個水型的加權。這樣能使音樂噴泉的演示效果和主題更為明確。   4.6 水型的節(jié)奏隨動控制   對某些水型的跳躍和搖擺要與樂曲的節(jié)奏同步,表演出音樂噴泉的激情和活力。這種水型的跳躍和搖擺變化也是由音控所產(chǎn)生。首先,計算機從樂曲的音量變化曲線中取出樂曲的節(jié)奏;然后,控制水泵

10、電動機啟?;蚣铀伲箛娮斓乃鳟a(chǎn)生與節(jié)奏同步的跳動。   4.7 聲音的延時控制   聲音延時控制在音樂噴泉中要多次用到。這里指的聲音延時控制是在不同地形位置觀看噴泉時,會出現(xiàn)音樂與水型的不同步現(xiàn)象。因此,計算機控制系統(tǒng)能提供可調(diào)整的聲音延時,使站在不同位置的觀眾,達到同步的效果。   4.8 噴泉用電負荷的自動控制和保護   當噴泉用電量超過最大允許負荷時,計算機控制系統(tǒng)會自動切斷某些水泵電源,使總負荷不超過定額。計算機監(jiān)控系統(tǒng)可把電源每一相的電壓和電流波形存儲起來,計算出有效電壓、有效電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等。因此,計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以在極短的時間內(nèi)確定過電流時的電流量以

11、及持續(xù)時間,用計算機來作無熔斷器的過流保護,可以在5μs時間內(nèi)關斷事故電路的輸出。   5 音樂 噴泉 計算 機輔助配樂 軟件   在音樂噴泉的樂曲數(shù)據(jù)庫中,每一首樂曲都有它的樂曲播放數(shù)據(jù)表。樂曲播放數(shù)據(jù)表在配樂時由計算機產(chǎn)生,但這是要由配樂者一段一段地來選擇適合的水型和燈光,也就是由人工來進行配樂。人工配樂是一件十分仔細和需要智慧的 藝術 創(chuàng)造工作。   音樂噴泉計算機輔助配樂 軟件 是由一個人工智能的專家系統(tǒng)和一個噴泉配樂知識庫組成。它提供簡單的問話語句來描述這首樂曲或某段樂句的“知識”,如樂曲類別、節(jié)奏快慢、情緒高低、演奏或演唱人的數(shù)量、樂器種類等。隨后由計算機提出幾種噴泉演示方案

12、,供操作人員選擇。   若在沒有人為選擇時,它也有一個默認方案,即實現(xiàn)水型自動組合。配樂后所產(chǎn)生的噴泉控制數(shù)據(jù)存入樂曲數(shù)據(jù)庫中。   在計算機控制 軟件 中也會提供多種典型樂曲程序。如進行曲、舞曲、抒情曲和跳躍的流行曲等。當選擇其中的典型樂曲程序時,就不必進行配曲即可演示音樂噴泉。   6 多媒體音樂噴泉仿真與實時監(jiān)控   當樂曲初次配樂完成后,音樂噴泉的演示效果可以用多媒體實現(xiàn)虛擬仿真。噴泉多媒體虛擬仿真可采用DIRECTOR多媒體平臺。它把計算機屏幕作為演示舞臺,各種水型作為“演員(Cast)”。在“總譜表(Scorc)”中存放音樂噴泉各種類型的演示子程序。在“腳本(Script)

13、”導演下完成多媒體音樂噴泉的動畫演示。DIRECTOR多媒體平臺的“腳本”是用Lingo語言編寫,它可以實現(xiàn)超鏈接的功能;此外,Lingo語言還有控制功能,可對各種不同對象進行分鏡頭控制。各組分鏡頭都有它們的各自的編號。   各種水型的仿真演示都是由“水型演員”在多媒體平臺進行各種組合 ,它們存放在指定的演員表中。   樂曲數(shù)據(jù)庫里的每一首樂曲是用Lingo語言寫成的多媒體虛擬仿真腳本。Lingo語言允許把腳本寫成表格的形式,這樣虛擬仿真腳本就可以從樂曲播放數(shù)據(jù)表轉換得到。   當音樂噴泉多媒體虛擬仿真時,腳本會根據(jù)樂曲播放數(shù)據(jù)表中規(guī)定的程序在計算機屏幕上演示,并保持與音樂的同步。  

14、 音樂噴泉多媒體虛擬仿真也可以作為音樂噴泉演示時的實時監(jiān)控,也可在大屏幕上觀賞。   隨著我國人民生活水平和藝術修養(yǎng)的提高,要求環(huán)境綠化、游樂場所、賓館、商場中噴泉 水景 和音樂噴泉姿態(tài)各樣,趣味引人。計算機集成控制在音樂噴泉中的 應用 也必定會起到更大的作用。   參考 文獻   1 周斌. 機電一體化實用技術手冊. 北京:兵器 工業(yè) 出版社,1994   2 蘇彥民. 電力拖動系統(tǒng)的微型計算機控制. 西安:西安 交通 大學出版社,1988   3 夏國平. 專家系統(tǒng)開發(fā)工具與VP-EXPERT. 北京:清華大學出版社,1991   4 王汝笠,章明,周斌. 第六代計算機——人工神經(jīng) 網(wǎng)絡 計算機. 北京: 科學 技術文獻出版社,***   5 李錫雄、陳婉兒. 脈寬調(diào)制技術. 武漢:華中理工大學出版社,1996   6 L 斯坦豪爾著. 希望圖書創(chuàng)作室譯. Director 6 實用手冊. 北京:宇航出版社,1998   7 張延燦. 噴泉工程 發(fā)展 及其設計 問題 (上). 給水排水, 1998,24(7):47~50   8 張延燦. 噴泉工程發(fā)展及其設計問題(下). 給水排水, 1998,24(8):43~46 [關于音樂噴泉的論文]

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