开题报告-光纤缠绕张力控制系统建模.ppt

毕业设计开题报告,指导教师： 姓 名： 学 号：,毕业设计题目,光纤缠绕张力控制系统建模,目录,1 课题研究目的和意义,2 课题系统概述,3 课题主要研究内容,4 研究进度及具体安排,5 主要参考资料,1 课题研究目的和意义,光纤环是光纤陀螺的传感核心,一个长期稳定并且比较小的张力值是评价光纤环品质高低的最基本的因素。而缠绕张力是缠绕工艺中重要的参数，其可以有效地提高光纤环的强度、疲劳性能及密实程度等性能。 为了获得高精度缠绕系统，张力控制系统则是整个光纤缠绕系统中重要的一个部分，其性能的优劣直接影响光纤缠绕绕组的图样，由于光纤材料本身和精确缠绕图样的要求缠绕过程中光纤上的张力必须保持在一定的范围内。因此，工业缠绕中普遍使用的控制系统已不能满足光纤的特殊性质，需要设计专门用于光纤的高精密缠绕系统， 这则需要建立精度更高光纤缠绕张力控制系统。,2 课题系统概述,光纤缠绕：,在缠绕成型工艺过程中，张力控制作为一项关键技术，光纤必须在张力作用下按一定的线型有规律地排布在芯模表面，其每层的张力表达式为：,式中 T一缠绕完后各层纤维的等张力; n一缠绕纱线总层数; i一缠绕纱线当前层; 一柔度比 由此可见，不同的缠绕光纤层所需的张力是按一定规律变化的，并且不同光纤要求的张力及其变化曲线都不同，为了实现张力的精确控制，需要实时准确地改变张力系统的设定张力值，因此，必须能够通过张力系统自动设定。 期望达到使施加在光纤上的缠绕张力不超过某一极限，并且各层的张力相等，即各缠绕层纤维在等张力下工作。,2 课题系统概述,张力控制器：,在纤维缠绕成型工艺过程中，对纤维张力进行人工或自动的调整，使张力变化可以得到有效控制的装置称为张力控制系统，简称为张力控制器。张力器至今大致经历了三个发展时期，即机械式张力器、电控式张力器和计算机控制张力器。 （1）机械式张力器机械式张力器是通过机械结构来实现张力控制的。其制动阻力矩是靠刹车带与制动轮的摩擦产生，制动阻力矩的调节由调节刹车弹簧的变形量来实现。它的优点是结构简单，制造容易;缺点主要是张力值不能自动设置，控制精度低。 （2）电控式张力器通常使用应变式力传感器实时检测张力，然后反馈给控制器，控制器将张力设定值与反馈值比较、校正后，输出控制信号，经放大后驱动电机或电磁离合使张力保持在一定范围内。这种张力器可自动调节张力，控制精度比机械式张力器有所提高。但由于外界环境对模拟电路的干扰，张力容易产生波动。 （3）由于计算机的高计算速度、高精度与可靠性，减少了电子控制系统复杂的硬件电路，使系统大大简化，可靠性更高。同时也为使用各种先进的控 制提供了前提条件，使张力精确控制成为可能。,2 课题系统概述,张力控制系统介绍：,光纤缠绕张力控制系统如图所示，主要有三部分构成，解卷部分、控制部分、检测部分。 （1）解卷部分。这部分由放收线电机构成，采用直流无刷力矩电机，该电机具有线性的机械特性曲线，通过调速可以很好的控制输出力矩 ，控制光纤的走向，使之平稳运动。 （2）控制部分。这部分由舞蹈轮构成，该施力装置就是张力控制系统中的张力执行元件，起到对大范围张力跳变的吸收或缓冲功能，它具备快速响应的动态特性、良好的静特性及控制可靠等特点。 （3）检测部分。这部分由张力传感器构成，张力传感器安装在靠近收线电机的定滑轮上，可以检测缠绕时光纤上的张力，发生张力的波动时，及时进行调整，保证缠绕到绕线管上光纤的张力恒定，它具有响应速度快、精度高及位移量小等特点。,3 课题主要研究内容,系统模型建立：,建立条件： 在该系统数学模型建立之前，需要对整个系统进行简化： （1）光纤缠绕时与滑轮之间没有相对滑动在放线管和收线管之间的各段光纤上的张力相等，即正常缠绕得保证。 （2）忽略定滑轮对光纤缠绕的影响，主要是摩擦，相对于光纤上的张力可以忽略不计，在选择滑轮时，选择质量较小的、滑动灵活的滑轮。 （3）光纤在缠绕之前，为了方便信号的传输，光纤两头被固定，缠绕过程中纤芯与护层之间不存在相对滑动。 （4）放线管上的光纤绕组处于稳定状态，在缠绕过程中不会出现绕组图样较大的变化。,3 课题主要研究内容,模型组成： 整个模型包括：光纤张力模型、舞蹈轮模型、力矩电机模型、张力传感器模型、光纤缠绕运动系统模型。,光纤张力模型：当光纤受到轴向拉力的时候，纤芯和保护层由于弹性模量不同 ，会使纤芯与保护层之间产生相对滑动。 建立光纤受到张力时的模型。,3 课题主要研究内容,舞蹈轮模型：舞蹈轮起到调整张力的大小 ， 其上下有弹性支撑物构成，当光纤张力增大时，滑轮将从平衡位置向下移动 弹性元件被拉伸或者压缩；当张力减小时，滑轮向上移动 弹性元件恢复。,3 课题主要研究内容,力矩电机模型：根据力矩电机的电压平衡方程，得到力矩电机的数学模型：,3 课题主要研究内容,3 课题主要研究内容,光纤缠绕运动系统模型：光纤缠绕系统主要由放线管、绕线管和张力检测装置构成。当光纤按照上面的条件正常运行时，整个系统可用以下几个公式描述：,3 课题主要研究内容,系统总体模型： 将系统的光纤张力模型、舞蹈轮模型、力矩电机模型、张力传感器模型和光纤缠绕运动系统模型连接在一起，得到整个系统的模型：,4 研究进度及具体安排,5 主要参考资料,1 John Y.Hung and H.Van White . Precision 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 龚志钰 李章政 编著. 材料力学 M. 北京=科学出版社 1999 . 4 Norbert A.Ebler Ragnar Arnason Gred Michaelis and Noel Dsa . Tension Control :Dancer Roll or Load Cell