光纖環(huán)繞制及張力控制系統(tǒng)研究.pdf

1、干涉式光纖陀螺是一種以薩格奈克（Sagnac）效應(yīng)為基礎(chǔ)的新型全固態(tài)陀螺儀，具有體積小、重量輕、啟動(dòng)快、動(dòng)態(tài)范圍大、抗沖擊和耐噪聲的特點(diǎn)，在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。干涉式光纖陀螺的核心敏感元件是光纖環(huán)。它既是薩格奈克微小相移的檢測(cè)元件，又極易受到周圍物理場(chǎng)的影響產(chǎn)生附加相移。高效的、高質(zhì)量的繞制光纖環(huán)是光纖陀螺工程化技術(shù)中亟待解決的重要問題。論文以光纖環(huán)纏繞為研究對(duì)象，針對(duì)光纖環(huán)的纏繞工藝及實(shí)現(xiàn)、纏繞張力的精確控制等關(guān)鍵技

2、術(shù)進(jìn)行研究，具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
　　光纖環(huán)的光路參數(shù)具有顯著的分布式特征，在物理場(chǎng)的作用下，其幾何特性和物理特性都會(huì)發(fā)生變化，產(chǎn)生光路的非互易相位誤差。論文首先對(duì)溫度場(chǎng)變化引起的Shupe效應(yīng)、應(yīng)力變化、力學(xué)振動(dòng)等引起的非互易相位誤差機(jī)理進(jìn)行了分析，尋求與光纖環(huán)纏繞設(shè)備和工藝相關(guān)的可有效減小非互易相位誤差的技術(shù)途徑和纏繞工藝。得出采用具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)的纏繞方式，并在纏繞過(guò)程中進(jìn)行恒定小張力控制可有效抑制非互易相位誤差。

3、
　　在此基礎(chǔ)上提出了一種新的基于旋轉(zhuǎn)主軸驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品輪纏繞的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了光纖環(huán)的四極性對(duì)稱纏繞和恒定小張力控制。完成了主軸回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、精密排纖機(jī)構(gòu)、張力控制機(jī)構(gòu)、長(zhǎng)度測(cè)量等機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。新機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、伺服電機(jī)數(shù)量少、傳動(dòng)部件少，傳動(dòng)鏈短的特點(diǎn)，特別是處于工作狀態(tài)的張力測(cè)控部件不旋轉(zhuǎn)，在很大程度上減小了恒定小張力控制的難度。
　　恒定小張力控制是保證光纖環(huán)纏繞質(zhì)量的關(guān)鍵。張力的控制精度與系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、張力的產(chǎn)生方式、控制方式

4、、檢測(cè)方式、張力執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及控制策略等密切相關(guān)。論文以工控機(jī)、PMAC運(yùn)動(dòng)控制卡為控制核心，交流伺服電機(jī)和直流力矩電機(jī)為執(zhí)行器，通過(guò)力矩直接張力控制和速度差間接張力控制共同作用，實(shí)現(xiàn)了張力粗調(diào)和微調(diào)相結(jié)合的閉環(huán)復(fù)合張力控制系統(tǒng)。
　　閉環(huán)復(fù)合張力控制系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)耦合的、非線性、時(shí)變的復(fù)雜系統(tǒng)，難以精確的建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在綜合分析算法的自適應(yīng)能力、復(fù)雜性、計(jì)算量、響應(yīng)速度、控制效果等因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)造出二維輸入-三輸出模糊PID

5、控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)PID控制參數(shù)的在線自整定，達(dá)到張力調(diào)節(jié)作用的實(shí)時(shí)最優(yōu)。
　　利用PMAC所提供的豐富的接口函數(shù)以及Windows操作系統(tǒng)的系統(tǒng)資源，采用Lab Windows/CVI開發(fā)了纏繞系統(tǒng)的控制軟件，實(shí)現(xiàn)了四極性對(duì)稱纏繞的過(guò)程控制、恒定小張力控制以及纏繞參數(shù)的設(shè)定、運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的采集、分析、存儲(chǔ)和顯示等功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖張力的實(shí)時(shí)精確控制。
　　論文最后進(jìn)行了光纖環(huán)的實(shí)際纏繞實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)數(shù)字PID和模糊PID控制策略