《开题报告-光纤缠绕张力控制系统建模》由会员分享，可在线阅读，更多相关《开题报告-光纤缠绕张力控制系统建模（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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
2、，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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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 课题主要研究内容张力传感器模型：张力传感器在整定以后，基本实现性的关系，但是由于 机械的作用 不可避免的有延迟现象，因此，张力传感器的传递函数可以用 一个一阶延迟环节来表示：其中 为张力变送比例系数;为张力检测器延迟时间常数
8、。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时间 任务目标第1、2周:收集相关资料，学习研究惯导系统的基本工作原理，准备开题第3、4周：翻译阅读相关文献资料，通过比对归纳分析速度/位置的计算方法以及 两者之间的对偶性。第5、6周：根据前一阶段分析结果推导具有对偶结构的速度和位置积分公式， 并对其进行算
9、法优化。第7、8、9周：学习matlab语言和c语言，然后对其算法进行程序编写。第10、11周：学习DSP的基本工作原理以及开发环境。第12、13周：在DSP中实现所推出的算法，:并将其嵌入到惯导系统中进行仿真和验证第14、15周：论文撰写第16周：准备答辩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
10、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 Cells J. I EEE Transactions on industry Applications 1993 29 4 =727 -739 . 5 李发海 王岩 编著. 电机与拖动基础 第二版M. 北京=清华大学出版社 2004 . 谢谢 请您提出宝贵建议 2014.12.xx
