1、畢業設計開題報告指導教師：指導教師：姓姓 名：名：學學 號：號： 畢業設計題目 光纖纏繞張力控制系統建模光纖纏繞張力控制系統建模 目錄 1 1 課題研究目的和意義課題研究目的和意義 2 2 課題系統概述課題系統概述 3 3 課題主要研究內容課題主要研究內容 4 4 研究進度及具體安排研究進度及具體安排 5 5 主要參考資料主要參考資料1 課題研究目的和意義 光纖環是光纖陀螺的傳感核心,一個長期穩定并且比較小的張力值是評價光纖環品質高低的最基本的因素。而纏繞張力是纏繞工藝中重要的參數，其可以有效地提高光纖環的強度、疲勞性能及密實程度等性能。 為了獲得高精度纏繞系統，張力控制系統則是整個光纖纏繞系

2、統中重要的一個部分，其性能的優劣直接影響光纖纏繞繞組的圖樣，由于光纖材料本身和精確纏繞圖樣的要求纏繞過程中光纖上的張力必須保持在一定的范圍內。因此，工業纏繞中普遍使用的控制系統已不能滿足光纖的特殊性質，需要設計專門用于光纖的高精密纏繞系統， 這則需要建立精度更高光纖纏繞張力控制系統。2 課題系統概述光纖纏繞： 在纏繞成型工藝過程中，張力控制作為一項關鍵技術，光纖必須在張力作用下按一定的線型有規律地排布在芯模表面，其每層的張力表達式為：式中 T一纏繞完后各層纖維的等張力; n一纏繞紗線總層數; i一纏繞紗線當前層; 一柔度比 由此可見，不同的纏繞光纖層所需的張力是按一定規律變化的，并且不同光纖要

3、求的張力及其變化曲線都不同，為了實現張力的精確控制，需要實時準確地改變張力系統的設定張力值，因此，必須能夠通過張力系統自動設定。 期望達到使施加在光纖上的纏繞張力不超過某一極限，并且各層的張力相等，即各纏繞層纖維在等張力下工作。1(1i )(1(i 1) )inTT2 課題系統概述張力控制器： 在纖維纏繞成型工藝過程中，對纖維張力進行人工或自動的調整，使張力變化可以得到有效控制的裝置稱為張力控制系統，簡稱為張力控制器。張力器至今大致經歷了三個發展時期，即機械式張力器、電控式張力器和計算機控制張力器。 （1）機械式張力器機械式張力器是通過機械結構來實現張力控制的。其制動阻力矩是靠剎車帶與制動輪的

4、摩擦產生，制動阻力矩的調節由調節剎車彈簧的變形量來實現。它的優點是結構簡單，制造容易;缺點主要是張力值不能自動設置，控制精度低。 （2）電控式張力器通常使用應變式力傳感器實時檢測張力，然后反饋給控制器，控制器將張力設定值與反饋值比較、校正后，輸出控制信號，經放大后驅動電機或電磁離合使張力保持在一定范圍內。這種張力器可自動調節張力，控制精度比機械式張力器有所提高。但由于外界環境對模擬電路的干擾，張力容易產生波動。 （3）由于計算機的高計算速度、高精度與可靠性，減少了電子控制系統復雜的硬件電路，使系統大大簡化，可靠性更高。同時也為使用各種先進的控制提供了前提條件，使張力精確控制成為可能。2 課題系

5、統概述張力控制系統介紹： 光纖纏繞張力控制系統如圖所示，主要有三部分構成，解卷部分、控制部分、檢測部分。 （1）解卷部分。這部分由放收線電機構成，采用直流無刷力矩電機，該電機具有線性的機械特性曲線，通過調速可以很好的控制輸出力矩 ，控制光纖的走向，使之平穩運動。 （2）控制部分。這部分由舞蹈輪構成，該施力裝置就是張力控制系統中的張力執行元件，起到對大范圍張力跳變的吸收或緩沖功能，它具備快速響應的動態特性、良好的靜特性及控制可靠等特點。 （3）檢測部分。這部分由張力傳感器構成，張力傳感器安裝在靠近收線電機的定滑輪上，可以檢測纏繞時光纖上的張力，發生張力的波動時，及時進行調整，保證纏繞到繞線管上光

6、纖的張力恒定，它具有響應速度快、精度高及位移量小等特點。3 課題主要研究內容系統模型建立：建立條件建立條件： 在該系統數學模型建立之前，需要對整個系統進行簡化： （1）光纖纏繞時與滑輪之間沒有相對滑動在放線管和收線管之間的各段光纖上的張力相等，即正常纏繞得保證。 （2）忽略定滑輪對光纖纏繞的影響，主要是摩擦，相對于光纖上的張力可以忽略不計，在選擇滑輪時，選擇質量較小的、滑動靈活的滑輪。 （3）光纖在纏繞之前，為了方便信號的傳輸，光纖兩頭被固定，纏繞過程中纖芯與護層之間不存在相對滑動。 （4）放線管上的光纖繞組處于穩定狀態，在纏繞過程中不會出現繞組圖樣較大的變化。3 課題主要研究內容模型組成：模

7、型組成： 整個模型包括：光纖張力模型、舞蹈輪模型、力矩電機模型、張力傳感器模型、光纖纏繞運動系統模型。光纖張力模型：光纖張力模型：當光纖受到軸向拉力的時候，纖芯和保護層由于彈性模量不同 ，會使纖芯與保護層之間產生相對滑動。 建立光纖受到張力時的模型。3 課題主要研究內容舞蹈輪模型：舞蹈輪模型：舞蹈輪起到調整張力的大小 ， 其上下有彈性支撐物構成，當光纖張力增大時，滑輪將從平衡位置向下移動 彈性元件被拉伸或者壓縮；當張力減小時，滑輪向上移動 彈性元件恢復。3 課題主要研究內容力矩電機模型：力矩電機模型：根據力矩電機的電壓平衡方程，得到力矩電機的數學模型：3 課題主要研究內容張力傳感器模型：張力傳

8、感器模型：張力傳感器在整定以后，基本實現性的關系，但是由于機械的作用 不可避免的有延遲現象，因此，張力傳感器的傳遞函數可以用一個一階延遲環節來表示：001KT S 其中 為張力變送比例系數; 為張力檢測器延遲時間常數。0K0T3 課題主要研究內容光纖纏繞運動系統模型：光纖纏繞運動系統模型：光纖纏繞系統主要由放線管、繞線管和張力檢測裝置構成。當光纖按照上面的條件正常運行時，整個系統可用以下幾個公式描述：3 課題主要研究內容系統總體模型：系統總體模型： 將系統的光纖張力模型、舞蹈輪模型、力矩電機模型、張力傳感器模型和光纖纏繞運動系統模型連接在一起，得到整個系統的模型：4 研究進度及具體安排時間 任

9、務目標第1、2周:收集相關資料，學習研究慣導系統的基本工作原理，準備開題第3、4周：翻譯閱讀相關文獻資料，通過比對歸納分析速度/位置的計算方法以及兩者之間的對偶性。第5、6周：根據前一階段分析結果推導具有對偶結構的速度和位置積分公式，并對其進行算法優化。第7、8、9周：學習matlab語言和c語言，然后對其算法進行程序編寫。第10、11周：學習DSP的基本工作原理以及開發環境。第12、13周：在DSP中實現所推出的算法，:并將其嵌入到慣導系統中進 行仿真和驗證第14、15周：論文撰寫第16周：準備答辯5 主要參考資料1 John Y.Hung and H.Van White . Precisi

10、on on Winding of Fiber Optic Fila ment J . I EEE Transaction on Industrial Electronics 1992 39 3 =258 -267 .2 Andre Sharon and Stephen L n . Development of an automated fiber optic Winding machine for gyroscope production J. Robotics and Computer Integrated Manufacturing 2001 17 =223 -231 .3 龔志鈺 李章政 編著. 材料力學 M. 北京=科學出版社 1999 .4 Norbert A.Ebler Ragnar Arnason Gred Michaelis and Noel Dsa . Tension Control :Dancer R