對音樂噴泉水景工程技術的結構原理探討

1、精品文檔（可編輯）值得下載 對音樂噴泉水景工程技術的結構原理探討 【摘要】音樂噴泉水景工程是與給排水工程有關的景觀 建筑，它可以起到凈化空氣、美化環(huán)境等作用。音樂噴泉是 水景工程的主要形式，作為城市建設和園林造景的一部分， 是滿足人們文化需求和精神需求的產品和作品，已經成為城 市或建筑的象征。隨著國家經濟快速發(fā)展，城市建設步伐加 快，人們對噴泉的造景功能、娛樂功能、環(huán)保功能認識的提 髙，開拓了噴泉的應用范圍，本文就園林給排水工程中音樂 噴泉的工作原理和系統(tǒng)結構控制，以及其基于PLC的電氣控 制進行了研究探討。 【關鍵詞】音樂噴泉；工作原理；結構控制；電氣 控制 音樂噴泉主要用于建造公園、廣場等

2、休閑場所，以營 造氣氛為目的。而目前的發(fā)展趨勢是噴泉將隨著音樂變化改 變其形態(tài)和色彩，并呈現出豐富多彩的花型變化，通過視覺 和聽覺共同感受到音樂豐富的內涵。由于每支樂曲所表達的 情感不同，噴泉的花型也將隨著音樂的節(jié)拍作相應的變化。 人們對我國古典園林以靜水、流水為主的水景形式和西方固 定噴水形式已感到單調平淡。一方面誅求新奇多變和快節(jié) 奏，另一方面則追求回歸大自然，尋求天然野趣和輕松靜謐。 一、音樂噴泉的電腦控制原理 （一）高水平的音樂信號處理系統(tǒng)利用中科院自動化 所在語言識別方面的國際領先技術，研制了音樂信號32位 計算機處理系統(tǒng)（MUCS）,將音樂信號進行頻譜分析和延時 處理，提取音樂信號

3、中適合噴泉控制的有效成分送給主控 機，并能將音樂信號任意延時，使噴泉和音樂同步。 （二）集中分散式控制系統(tǒng)本噴泉由主控機直接控 制，主控機具有如下特征： 2.1音樂信號采集功能，按頻率特征抽取有效成分。 2. 2對噴泉設備進行故障診斷，可以對主機運行狀態(tài)、 漏電及驅動柜工作狀態(tài)進行診斷。 2.3中文菜單式操作系統(tǒng)，使操作者能夠在短時間內 學會操作，具有音樂噴泉的各種動態(tài)造型和花樣變化顯示功 能，使操作人員通過計算機屏幕就能觀察到噴泉的各種變 化，極大地方便了音樂噴泉的配曲和操作人員使用。 2.4開放式結構，人機界面友好，通訊接口及編程技 巧對用戶開放，只需通過鼠標的兩個鍵即可完成音樂噴泉的 配

4、曲，這樣就容易使音樂噴泉配曲庫不斷豐富，總給人耳目 一新的感覺。 2.5對音樂噴泉的直接控制，直接驅動泵、變頻器或 伺服器。 2.6搖擺電機的搖擺速度及方向控制，最大控制量 1024或更多。 噴泉控制器采用了 MUCS系統(tǒng)，能夠與音源相接（CD 機、錄音機等），在保證音樂信號不失真的情況下，使音樂 與噴泉完全同步。 （三）安全及可靠性。 3.1.1每一路被控制設備均安裝過電壓、過電流、漏 電保護裝置，一旦發(fā)生故障，能夠自動切斷電源，可靠的保 護該路噴泉設備不受損失，保證人身安全。 3.1.2從工業(yè)控制工程實踐中總結出一套獨特的接地 保護方式，進一步提高安全性。 3.1.3驅動器部分大規(guī)模地釆用

5、大功率無觸點繼電 器，減少了電磁火花干擾，大大減少了主回路的故障，延長 了使用壽命。 作為音樂噴泉，不可能在一天內長時間表演，這里因 為：第一耗電量大，第二長時間開啟會使之缺乏新鮮感，尤 其在白天無燈光時，效果欠佳。噴泉作為整個廣場的一景， 除音樂表演外還需考慮作為固定景點時水型的藝術效果。固 定水型的使用時間是最長的。因此，噴泉水型設計與選擇上 除考慮表演音樂時的美感，同時也考慮作為水景時的效果， 所以控制上的設置有不同的功能。 3.2. 1手動控制：在白天或夜間音樂表演間歇時，點 擊鼠標獨立打開某些水型，形成一組合造型固定不變。節(jié)約 用電，平時最常用。 3. 2. 2程序控制：如果您希望有

6、不同的組合造型變化, 則可打開程度功能，使水型按設定的程序變化，出現不同的 造型，使人感受不同景色的美妙。 3.2.3實時聲控：為目前國內絕大多數公司普遍采用 的一種控制方式，它的特點是可響應任何音源信號，現場演 奏卡拉0K等，但此種控制方式有一些缺點。首先，水型動 作要比音樂滯后，使人感覺噴泉動作與音樂不協(xié)調。其次， 水型的出現組合與出現時間長短，為固定重復的而且不論任 何曲目，所以會出現表演水型與音樂所表達的情感不一致。 如激昂的樂符，可能出現擺動水型，而輕柔旋律時，又出現 高大的水體，使人聽覺感受與視覺感受不一致。第三，樂曲 的情感段落與水型變化時間不符，而且千篇一律。 3.2.4預編控

7、制方式：是根據某一首樂曲的情感與意 境，人工編制各種水型、動作、燈光、水泵的開啟和關閉， 使噴泉的表演與音樂的情感和意境相吻合。此功能在控制技 術、計算機技術、通訊技術方面有一定的綜合難度 二、新式電氣技術在音樂噴泉工程中的運用 （一）新式照明技術在音樂噴泉工程中的運用 對于彩色噴泉，照明是其重要組成部分。照明設計的 好壞，極大影響水景工程的觀賞效果，照明工程造價也在工 程造價中占有相當的比重，所以應引起設計者的重視。近年 來照明專業(yè)技術發(fā)展很快，新型光源燈具不斷開發(fā)應用，為 設計增添了不少選擇余地：水下彩燈、軟式流星燈、帶燈、 美耐燈（可塑性霓虹燈、彩虹燈）、頻閃燈和管式花園燈、 光導纖維照

8、明、遠距離投光燈、水柱導光照明燈。 （二）新式控制技術在噴泉中的運用。 （1）積分環(huán)節(jié)。用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，它的輸 出與輸入誤差信號的積分成比例關系。如果系統(tǒng)在進入穩(wěn)態(tài) 后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱之為有差系統(tǒng)，為了消除穩(wěn)態(tài)誤差， 就需要引入“積分項”。積分作用的強弱取決于積分時間常 數的選取，隨著積分時間的增大，積分作用就越強。使用積 分調節(jié)時，即便系統(tǒng)的誤差很小，積分項也會隨時間的增加 而增大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小， 直到等于零。因此加入積分調節(jié)會使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降， 動態(tài)響應變慢。積分調節(jié)經常與其它兩種調節(jié)作用相配合， 組成比例積分（PI）控制器或PID調節(jié)器。 （2

9、）微分調節(jié)。主要反映系統(tǒng)偏差信號的變化率， 控制器的輸出與輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成 正比關系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調節(jié)過程中可能會出 現震蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大的慣性組件（環(huán) 節(jié)）或有滯后組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后 于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超 前”，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。微 分調節(jié)能預測誤差變化的趨勢，能產生超前的控制作用。具 有微分環(huán)節(jié)的控制器，能夠提前抑制誤差的控制作用等于 零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。但微分環(huán) 節(jié)對干擾有一定的放大作用，過強的微分控制對系統(tǒng)抗干擾 不利。微分環(huán)節(jié)不能單獨使用，需要與其它兩種調節(jié)結合來 完成系統(tǒng)控制需求。 三、結束語 音樂噴泉以其獨特的魅力和特殊的功能，愈來愈成為 休閑娛樂產業(yè)中的一項重要產品。一個音樂噴泉的表演效果 在很大一部分上取決于控制系統(tǒng)的性能發(fā)展，人民生活水平 的提高，一些城市的城建、園林主管部門在城市建設、