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）效應為基礎的新型全固態(tài)陀螺儀，具有體積小、重量輕、啟動快、動態(tài)范圍大、抗沖擊和耐噪聲的特點，在軍事領域和民用領域具有廣闊的發(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元件，又極易受到周圍物理場的影響產生附加相移。高效的、高質量的繞制光纖環(huán)是光纖陀螺工程化技術中亟待解決的重要問題。論文以光纖環(huán)纏繞為研究對象，針對光纖環(huán)的纏繞工藝及實現(xiàn)、纏繞張力的精確控制等關鍵技

2、術進行研究，具有重要的理論意義和工程實用價值。
　　光纖環(huán)的光路參數(shù)具有顯著的分布式特征，在物理場的作用下，其幾何特性和物理特性都會發(fā)生變化，產生光路的非互易相位誤差。論文首先對溫度場變化引起的Shupe效應、應力變化、力學振動等引起的非互易相位誤差機理進行了分析，尋求與光纖環(huán)纏繞設備和工藝相關的可有效減小非互易相位誤差的技術途徑和纏繞工藝。得出采用具有對稱結構的纏繞方式，并在纏繞過程中進行恒定小張力控制可有效抑制非互易相位誤差。

3、
　　在此基礎上提出了一種新的基于旋轉主軸驅動產品輪纏繞的機械結構，實現(xiàn)了光纖環(huán)的四極性對稱纏繞和恒定小張力控制。完成了主軸回轉機構、精密排纖機構、張力控制機構、長度測量等機構的設計。新機構具有結構簡單、伺服電機數(shù)量少、傳動部件少，傳動鏈短的特點，特別是處于工作狀態(tài)的張力測控部件不旋轉，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)纏繞質量的關鍵。張力的控制精度與系統(tǒng)的結構、張力的產生方式、控制方式

4、、檢測方式、張力執(zhí)行機構以及控制策略等密切相關。論文以工控機、PMAC運動控制卡為控制核心，交流伺服電機和直流力矩電機為執(zhí)行器，通過力矩直接張力控制和速度差間接張力控制共同作用，實現(xiàn)了張力粗調和微調相結合的閉環(huán)復合張力控制系統(tǒng)。
　　閉環(huán)復合張力控制系統(tǒng)是一個強耦合的、非線性、時變的復雜系統(tǒng)，難以精確的建立系統(tǒng)的數(shù)學模型。在綜合分析算法的自適應能力、復雜性、計算量、響應速度、控制效果等因素的基礎上，構造出二維輸入-三輸出模糊PID

5、控制器，實現(xiàn)對PID控制參數(shù)的在線自整定，達到張力調節(jié)作用的實時最優(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，實現(xiàn)了四極性對稱纏繞的過程控制、恒定小張力控制以及纏繞參數(shù)的設定、運行狀態(tài)參數(shù)的采集、分析、存儲和顯示等功能，實現(xiàn)了對光纖張力的實時精確控制。
　　論文最后進行了光纖環(huán)的實際纏繞實驗，分別對數(shù)字PID和模糊PID控制策略