随着现代舞台机械控制系统功能及复杂度的日益增加，舞台技术对系统安全性的要求也日益提高。同时，除了设置完善的限位、报警与急停等安全措施外，先进的同步控制技术以及飞速发展的现代故障诊断与容错控制技术也为提高实际舞台系统安全性提供了新的保障。鉴于此，本文以现代化剧场中应用最为广泛的调速吊杆作为研究对象，针对实际系统中存在的诸如同步平稳性能不尽理想、变频器及编码器可能发生故障等影响系统安全性的问题，分别提出了基于内模与偏差耦合复合的同步控制方法、变频器切换支援容错控制方法及基于数据驱动技术的编码器故障检测与软闭环容错控制方法，并对其相关技术方法进行了有效性仿真验证。论文具体研究内容包括：　　1）舞台调速吊杆控制系统总体方案设计　　以武威影剧院的舞台机械控制系统作为实际工程背景，重点针对调速吊杆的控制需求和设计要求，设计了舞台调速吊杆控制系统的总体方案，并根据现代舞台剧场的安全性要求，对系统进行了相应的安全性设计。　　2）基于内模与偏差耦合复合的舞台调速吊杆群同步控制方法研究　　针对吊杆运行过程中易受负载扰动和电机参数摄动影响同步效果的问题，在并联同步控制的基础上，用内模控制器取代常规PI跟踪控制器，并与偏差耦合控制方法相结合，构建了基于内模与偏差耦合复合的舞台调速吊杆群同步控制方案，以内模控制增强系统的鲁棒性、位置均值偏差耦合补偿控制改善系统的精度。仿真结果表明，该方法在保证系统具有优良抗干扰性能的同时，也具有更好的跟随性能及同步精度。文中进一步又对内模与 PID控制器参数的等价性进行了推证与实验分析，为实际工程应用提供了新的途径。　　3）基于变频器切换支援的舞台吊杆系统容错控制方法研究　　鉴于舞台表演中所有调速吊杆并非同时动作，而驱动变频器又可能发生故障的问题，提出了一种基于自身硬冗余的舞台调速吊杆变频器切换支援与故障容错控制方案。首先，给出变频器个数及其本组和支援的分类规则用以构成双冗余关系；其次，利用变频器自诊断功能判决是否发生故障，无故障时由硬件选路板切换机制实现冗余间任意切换，而当故障发生时，则通过切换至正常闲置变频器来支援故障变频器，从而借助于系统重构实现了对故障变频器的容错。运行结果表明，该方案不仅能使系统中吊杆设备实现变频器正常时较高程度的支援切换，而且能确保故障时的高可靠性能运行，并且在较大程度上降低了项目成本。　　4）基于 T-S FNN模型的编码器故障软闭环容错控制方法研究　　针对舞台吊杆调速系统中速度反馈元件增量式编码器可能产生的丢码、断码等问题，为防止故障影响的传播，本文结合数据驱动技术提出了一种基于 T-S FNN模型的编码器故障检测与软闭环容错控制方法。首先，利用系统正常运行时的历史数据建立系统较为精确的 T-S FNN预测模型，并用实际编码器测量值与模型预测值相减获得残差信息；其次，将其残差实时数据通过改进的序贯概率比(SPRT)检验算法进行故障检测，以克服检测延迟确保故障检测的可靠性，当检测出故障时，再用T-S FNN模型的预测输出替代故障编码器的输出，实现软闭环方式下的容错运行。仿真结果表明，该方法能够快速可靠地检测到编码器故障，并用预测的重构信息通过容错切换机制，及时、安全地以软闭环方式实现了对故障编码器的容错控制，提高了舞台吊杆调速系统运行的安全可靠性。