音樂(lè )噴泉是一項幻彩聲控，現代科技與藝術(shù)的綜合?，F代噴泉的各種機構動(dòng)作復雜多樣，變化迅速，又要與音樂(lè )同步一致，所以計算機控制系統要完成音樂(lè )噴泉的自動(dòng)選曲、同步演示、控制和存儲樂(lè )曲等全部信息數據處理及監測運行的過(guò)程。所以，計算機控制在音樂(lè )噴泉中已占有相當重要的地位，隨著(zhù)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(lè )曲管理、計算機輔助配樂(lè )及噴泉多媒體仿真的計算機集成系統。
限于給水排水專(zhuān)業(yè)范圍，本文不可能對計算機及控制技術(shù)作詳盡敘述，而是想通過(guò)此文讓噴泉工程的工藝設計者--給水排水工程師，了解現代音樂(lè )噴泉在控制方面的最新技術(shù)。
    1 音樂(lè )噴泉水泵的供電系統
在大型音樂(lè )噴泉中，用變頻電源供電的電動(dòng)機總容量會(huì )很大，水泵的數量會(huì )很多。在同一時(shí)刻，它們各自需要有多種供電頻率。因此，用變頻器來(lái)作為變頻電源就會(huì )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。這是一種既節能又可降低控制設備投資的最佳方案。
在集中整流方面，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(dòng)合閘來(lái)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(lè )噴泉水泵的PWM調速控制
噴泉音控主要有兩種方式：（1） 水泵電機的調速；（2） 控制噴嘴閥門(mén)開(kāi)閉的大小。閥控具有響應快的優(yōu)點(diǎn)，適用于輕松跳躍的節奏；而在計算機控制下的水泵調速，則變化多樣，更宜于配合抒情和優(yōu)雅的旋律。對一般音樂(lè )噴泉水泵調速控制不需要采用高精度的變頻器，只要用10∶1調速范圍的交流電壓調速系統就可以滿(mǎn)足要求。
由于近來(lái)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(dòng)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(jìn)行多路PWM調制，就可以得到多路不同調制系數的50周波交流電。再把它們分別驅動(dòng)MOSFET或IGBT,就會(huì )產(chǎn)生不同電壓的50周波交流電源，實(shí)現簡(jiǎn)便的交流電壓調速控制。
    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(dòng)速度的變化是產(chǎn)生搖擺水型瀟灑風(fēng)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、高速計數器、控制計算機以及通信接口等。
異步電動(dòng)機的準確停車(chē)涉及到采用何種方法進(jìn)行制動(dòng)問(wèn)題。采用能耗制動(dòng)方式，在定子中通入直流電產(chǎn)生制動(dòng)轉矩進(jìn)行制動(dòng)，可在轉速為零時(shí)轉矩也為零，達到準確停車(chē)的目的。
    由于搖擺機構的連桿一般會(huì )有較大的間隙，為了達到精確定位只能使搖擺機構從一個(gè)方向到達定位點(diǎn)，才能保證其重復精度。因此，搖擺機構需要停車(chē)時(shí)，每次都必須從一個(gè)方向到達定位點(diǎn)。
    搖擺機構的定位精度受運動(dòng)力矩與阻力矩的影響。運動(dòng)力矩決定于電動(dòng)機的電源電壓和停車(chē)前的運動(dòng)速度等，而阻力矩則由搖擺機構的摩擦力、水流的速度、周?chē)娘L(fēng)力等合成?？梢?jiàn)，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。對于采用電動(dòng)機能耗制動(dòng)來(lái)精確定位的控制參數一般有兩個(gè)，直流制動(dòng)電流的大小和啟動(dòng)制動(dòng)時(shí)間。對計算機控制較為方便的方式是采用改變制動(dòng)時(shí)間。
在控制系統中，電動(dòng)機制動(dòng)時(shí)間可用檢測到位點(diǎn)的偏差來(lái)進(jìn)行修正。根據搖擺機構定位偏差值的統計數據，經(jīng)過(guò)數學(xué)模型的計算，最后確定制動(dòng)時(shí)間。
當搖擺機構的運動(dòng)速度要與樂(lè )曲的節奏同步時(shí)，就要求得它的運動(dòng)速度，并對搖擺電機進(jìn)行調速。由于速度就是位移對時(shí)間的微分，所以從搖擺電機軸上位置編碼器送來(lái)的脈沖數，就可以在計算機中求出它的運動(dòng)速度。
    4 音樂(lè )噴泉的計算機自動(dòng)控制
音樂(lè )噴泉控制軟件包括自動(dòng)選曲、水型與樂(lè )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(dòng)、水型的節奏隨動(dòng)、聲音的延時(shí)控制等。
    4.1 自動(dòng)選曲
    音樂(lè )噴泉所播放的樂(lè )曲光盤(pán)可以從計算機的光盤(pán)塔中直接播放。當操作員在樂(lè )曲數據庫中確定了演示樂(lè )曲后，計算機控制系統能從光盤(pán)塔中自動(dòng)尋找所要播放的光盤(pán)在哪一個(gè)光盤(pán)驅動(dòng)器中，隨后啟動(dòng)該驅動(dòng)器，正確地播放選定的樂(lè )曲。若選擇的樂(lè )曲光盤(pán)不在光盤(pán)塔中時(shí)，也會(huì )自動(dòng)揭示。
    4.2 水型與樂(lè )曲同步控制
    當樂(lè )曲開(kāi)始播放，水型會(huì )同步演示。在上一首樂(lè )曲結束和下一首樂(lè )曲開(kāi)始的間歇期間，水型也會(huì )保持同步停止和繼續演示。計算機控制系統能提供可調整的聲音延時(shí)，對各種不同容量的水泵，采用不同的延時(shí)，使水型與樂(lè )曲達到同步的效果。
    4.3 水型的程序演示
    噴泉水泵電動(dòng)機是受計算機系統的程序控制，每一段樂(lè )曲由哪些水泵開(kāi)始都是由樂(lè )曲播放數據表中規定。對某些并聯(lián)控制水泵的動(dòng)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(lèi)似，彩色燈光、光纖照明和激光照射也由計算機系統程序控制。光纖照明用計算機控制步進(jìn)電機帶動(dòng)旋轉的彩色遮光盤(pán)而進(jìn)行變色。而激光照射是由計算機對光纖進(jìn)行掃描。激光光源的波長(cháng)也由計算機來(lái)控制，從而改變激光和亮度，實(shí)現各種彩色圖案。
    4.5 水型的音量隨動(dòng)控制
對于某些水型，在藝術(shù)造型上要求與音樂(lè )隨動(dòng)，使音樂(lè )噴泉表演出樂(lè )曲的內涵和感情。這種水型的起伏變化是由音控所產(chǎn)生。在樂(lè )曲播放數據表中，對控制音平的強弱有兩個(gè)加權系數，其一是對整個(gè)曲段的加權，另一個(gè)是在這一段中對某一個(gè)或幾個(gè)水型的加權。這樣能使音樂(lè )噴泉的演示效果和主題更為明確。
    4.6 水型的節奏隨動(dòng)控制
對某些水型的跳躍和搖擺要與樂(lè )曲的節奏同步，表演出音樂(lè )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(lè )曲的音量變化曲線(xiàn)中取出樂(lè )曲的節奏；然后，控制水泵電動(dòng)機啟?；蚣铀?，使噴嘴的水流產(chǎn)生與節奏同步的跳動(dòng)。
    4.7 聲音的延時(shí)控制
    聲音延時(shí)控制在音樂(lè )噴泉中要多次用到。這里指的聲音延時(shí)控制是在不同地形位置觀(guān)看噴泉時(shí)，會(huì )出現音樂(lè )與水型的不同步現象。因此，計算機控制系統能提供可調整的聲音延時(shí)，使站在不同位置的觀(guān)眾，達到同步的效果。
    4.8 噴泉用電負荷的自動(dòng)控制和保護
當噴泉用電量超過(guò)最大允許負荷時(shí)，計算機控制系統會(huì )自動(dòng)切斷某些水泵電源，使總負荷不超過(guò)定額。計算機監控系統可把電源每一相的電壓和電流波形存儲起來(lái)，計算出有效電壓、有效電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數等。因此，計算機監控系統可以在極短的時(shí)間內確定過(guò)電流時(shí)的電流量以及持續時(shí)間，用計算機來(lái)作無(wú)熔斷器的過(guò)流保護，可以在5μs時(shí)間內關(guān)斷事故電路的輸出。
    5 音樂(lè )噴泉計算機輔助配樂(lè )軟件
在音樂(lè )噴泉的樂(lè )曲數據庫中，每一首樂(lè )曲都有它的樂(lè )曲播放數據表。樂(lè )曲播放數據表在配樂(lè )時(shí)由計算機產(chǎn)生，但這是要由配樂(lè )者一段一段地來(lái)選擇適合的水型和燈光，也就是由人工來(lái)進(jìn)行配樂(lè )。人工配樂(lè )是一件十分仔細和需要智慧的藝術(shù)創(chuàng )造工作。
音樂(lè )噴泉計算機輔助配樂(lè )軟件是由一個(gè)人工智能的專(zhuān)家系統和一個(gè)噴泉配樂(lè )知識庫組成。它提供簡(jiǎn)單的問(wèn)話(huà)語(yǔ)句來(lái)描述這首樂(lè )曲或某段樂(lè )句的“知識”,如樂(lè )曲類(lèi)別、節奏快慢、情緒高低、演奏或演唱人的數量、樂(lè )器種類(lèi)等。隨后由計算機提出幾種噴泉演示方案，供操作人員選擇。
若在沒(méi)有人為選擇時(shí)，它也有一個(gè)默認方案，即實(shí)現水型自動(dòng)組合。配樂(lè )后所產(chǎn)生的噴泉控制數據存入樂(lè )曲數據庫中。
在計算機控制軟件中也會(huì )提供多種典型樂(lè )曲程序。如進(jìn)行曲、舞曲、抒情曲和跳躍的流行曲等。當選擇其中的典型樂(lè )曲程序時(shí)，就不必進(jìn)行配曲即可演示音樂(lè )噴泉。
    6 多媒體音樂(lè )噴泉仿真與實(shí)時(shí)監控
    當樂(lè )曲初次配樂(lè )完成后，音樂(lè )噴泉的演示效果可以用多媒體實(shí)現虛擬仿真。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(lè )噴泉各種類(lèi)型的演示子程序。在“腳本（Script）”導演下完成多媒體音樂(lè )噴泉的動(dòng)畫(huà)演示。DIRECTOR多媒體平臺的“腳本”是用Lingo語(yǔ)言編寫(xiě)，它可以實(shí)現超鏈接的功能；此外，Lingo語(yǔ)言還有控制功能，可對各種不同對象進(jìn)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(jìn)行各種組合 ,它們存放在指定的演員表中。
樂(lè )曲數據庫里的每一首樂(lè )曲是用Lingo語(yǔ)言寫(xiě)成的多媒體虛擬仿真腳本。Lingo語(yǔ)言允許把腳本寫(xiě)成表格的形式，這樣虛擬仿真腳本就可以從樂(lè )曲播放數據表轉換得到。
    當音樂(lè )噴泉多媒體虛擬仿真時(shí)，腳本會(huì )根據樂(lè )曲播放數據表中規定的程序在計算機屏幕上演示，并保持與音樂(lè )的同步。
音樂(lè )噴泉多媒體虛擬仿真也可以作為音樂(lè )噴泉演示時(shí)的實(shí)時(shí)監控，也可在大屏幕上觀(guān)賞。
隨著(zhù)我國人民生活水平和藝術(shù)修養的提高，要求環(huán)境綠化、游樂(lè )場(chǎng)所、賓館、商場(chǎng)中噴泉水景和音樂(lè )噴泉姿態(tài)各樣，趣味引人。計算機集成控制在音樂(lè )噴泉中的應用也必定會(huì )起到更大的作用。

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