【正文】 半徑補償。 機理的張力控制系統(tǒng)進行了分析,并對其數(shù)值模型。 補償技術(shù)的半徑滾動進行了分析。 實驗結(jié)果表明,在較高的控制精度和很高的反應(yīng)速度下，系統(tǒng)是合格的。復(fù)合材料纖維纏的成分繞具有重量輕、強度高,抗腐蝕性等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于航空、航天工業(yè)。 許多研究表明,不正確或不穩(wěn)定的張力導(dǎo)致纖維損傷的部件有20% 30%的強度損失。 纏繞過程中一個理想的張力控制系統(tǒng)將提供固定和可調(diào)的張力[13]。在繞線機的發(fā)展下,到目前為止,張力控制器經(jīng)歷了三個發(fā)展階段,即:機械張力控制器、電氣張力控制器和計算機化的張力控制器[45]。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，微處理器擁有了更高的性能價格比,計算機化的張力控制器也開始使用了。 微處理器成為控制系統(tǒng)的內(nèi)核,從而降低了電路的數(shù)量的電子控制系統(tǒng),大大簡化了系統(tǒng),有可能應(yīng)用先進的控制方法改善了其可靠性。 因此,這種類型的控制器得到了廣泛的應(yīng)用[67]。張力控制技術(shù)正在走向成熟，在一些發(fā)達國家其規(guī)格也正在提高。然而，中國的彎曲光纖產(chǎn)業(yè)起步較晚，仍然落后于西方國家。精度低、反應(yīng)慢機械張力器件，主要面向國內(nèi)的運用張力器的市場，不能滿足張力要求。因此，本文反映了基于plc的張力控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案一個彎曲張力控制系統(tǒng)大體上由三部分組成，即放卷機、處理器和卷取機，也包括測量與控制部分，輔助運輸裝置和測力傳感器。放卷機和卷取機是兩種驅(qū)動類型之一，表面驅(qū)動模式或者中心驅(qū)動模式。表面驅(qū)動模式指一個卷軸或者帶子開始于彎曲材料的表面，驅(qū)動力通過摩擦產(chǎn)生。中間驅(qū)動模式是卷軸桿上的中心軸的滾動，纏繞纖維的線速度和張力隨著卷軸的半徑變化而變化，這導(dǎo)致了所謂的“滾動厚”。這種現(xiàn)象使張力控制非常復(fù)雜，但是中間驅(qū)動模式因其廣泛應(yīng)用性而被廣泛應(yīng)用。這個系統(tǒng)采用中心驅(qū)動的方案和外拉纖維配置。因為交流數(shù)字伺服電動機的輸出轉(zhuǎn)矩和纖維張力以及卷軸半徑成比例，所以輸出轉(zhuǎn)矩應(yīng)該隨著卷軸半徑減小到要求的恒定纖維張力。一種測量半徑的裝置和取樣的半徑變化可以測量卷軸半徑的變化，通過模擬數(shù)字整流器，卷軸半徑變化被發(fā)送給PLC。通過讀取張力的期望值，預(yù)算法則可以計算出半徑和張力。系統(tǒng)發(fā)布了速度指令和轉(zhuǎn)矩限制指令，并把它們轉(zhuǎn)換成能控制伺服驅(qū)動的輸出模擬電壓信號。伺服驅(qū)動控制系統(tǒng)控制著轉(zhuǎn)速和控制纖維張力的輸出轉(zhuǎn)矩。脈沖編碼器和霍爾開關(guān)可以測量伺服電動機的速度和轉(zhuǎn)矩，并把速度和轉(zhuǎn)矩反饋給構(gòu)成閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)的PLC系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的原理如圖1所示。系統(tǒng)中的主要成分包括（1）一個日本松下可編程控制器（2）一個日本松下空調(diào)交流數(shù)字伺服驅(qū)動和伺服電動機（3）一個測量半徑的裝置和旋轉(zhuǎn)電位計數(shù)學(xué)模型在纖維纏繞中對張力的有效控制是必要的。由于模型和彎曲形狀的多樣性，張力線速度難以保持不變，變分原理也相當(dāng)復(fù)雜。因此，在機械分析被控對象時，我們應(yīng)該考慮張力速度的影響。通過PLC和計算機的串行通信，在人機接口處，可以制定PLC的功能模塊如控制系統(tǒng)的控制核心以及所需的張力。PLC的功能模塊可以計算出輸出半徑、轉(zhuǎn)矩和速率反饋、預(yù)算法則的規(guī)律和系統(tǒng)的輸出?？紤]退繞機時，動態(tài)扭矩的平衡方程式可以表示如下M (t ) = J (t )ω?? (t ) + J?? (t )ω (t ) +TR(t ) + Mf + M0 （1）此處T是紗線張力，R(t)是實時滾動半徑，M(t)是交流伺服電動機的粘滯摩擦力矩，J(t)是卷軸的旋轉(zhuǎn)慣性，以及M0是干摩擦力矩。如公式（1）所示，實時滾動半徑、力矩、角速度和卷軸的旋轉(zhuǎn)慣性是正常的，因此系統(tǒng)是一個復(fù)雜的多變量的時域變化系統(tǒng)。我們可以用經(jīng)典控制理論計算出正確的簡單的轉(zhuǎn)矩平衡方程式，基于以下法則：（1）干摩擦力矩和粘滯摩擦力矩是十分小的，以至于可以被忽略。（2）關(guān)于張力J?? (t )ω (t )的影響可以被忽略，因為瞬間的慣性改變微乎其微。（3）通過利用可測量半徑裝置，我們可以實時測量卷軸半徑的大小。公式（1）可以簡化成：TR(t) = M(t) + J (t )ω?? (t ) (2)因此，卷軸直徑的變更和其角速度是決定紗線張力大小的主要影響因素。3卷軸大小的補償卷軸半徑大小的變化可能引起卷軸瞬間的狀態(tài)改變，即公式（2）中TR(t )的變化。半徑滾動變化結(jié)束后，另一端連接通過對電位計齒輪的放大結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)變成一個變化主軸半徑變化的電壓,如圖2。4軟件開發(fā)系統(tǒng)這個軟件的開發(fā)充分利用FP0C10RS的能力,由數(shù)字化I/O模塊、硬件和軟件，計算機的軟件資源組成。具有較高計算精度的數(shù)字化或數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換取決于位的數(shù)字轉(zhuǎn)換器和模擬的轉(zhuǎn)換器。FP0A80 和FP0A04V都是12位，當(dāng)輸出輸入范圍10V + 10伏特時分辨率是1/40000次,而FP0是16位,所以這樣控制系統(tǒng)的分辨率可以放心。 /步驟,。FP0A80和FP0A40V的轉(zhuǎn)換速度都是1 ms /通道,因此這個系統(tǒng)的控制速度可以放心。PLC的梯形圖適用于整個控制程序。然而,輸入?yún)?shù)是不真實和直觀的,展出的實時性張力和滾動半徑也是如此。為了解決這個問題,控制程序的開發(fā)主機上的操作界面可以輸入執(zhí)行的參數(shù)和顯示實時張力、速度與滾動半徑。這個程序的可編程序控制器接口支持所有開放式的MEWTOCOL協(xié)議。上層計算機發(fā)送一個命令給可編程序控制器作為一種ASCLL字符串。然后PLC自動返回基于這個命令的回應(yīng)。系統(tǒng)的輸入是電壓反饋，伺服電機的轉(zhuǎn)矩反饋和速度反饋。系統(tǒng)的輸出有伺服電機力矩和交流電壓。該軟件的控制流張力控制系統(tǒng)如圖3所示。5仿真和實驗結(jié)果實驗對張力控制真正的彎曲狀態(tài)、真正的工作環(huán)境試驗的可行性和控制精度進行了模擬。當(dāng)張力值設(shè)置為10 N，仿真和實驗條件下的張力曲線可以獲得幾乎恒定的張力,如圖4和圖5分別顯示。當(dāng)張力改變時，為了知道交流伺服電機的工作狀態(tài)，如圖6的變化曲線所示，張力改變的范圍是5N到10N，在仿真和實驗條件下如圖7所示，波動響應(yīng)相當(dāng)下。靜態(tài)差異率是評估系統(tǒng)的性能非常重要的指標(biāo)。公式可以如下表示：此處ΔT = Tmax ?Tmin，Tmax是張力最大值，Tmin是張力最小值，Tm是張力均值，張力的靜態(tài)差異率分析如表1所示。表一 張力靜態(tài)差異率的分析 波動比的分析張力波動率是否符合是一個評價張力控制系統(tǒng)的設(shè)計的績效的關(guān)鍵指標(biāo)。制定一個初始化后,計算張力補償，輸出該值。然后,測量實際的張力大小并找出最大值和最小值。6結(jié)論仿真和實驗結(jié)果表明這個系統(tǒng)是可行的。本系統(tǒng)以可編程序控制器(PLC)為核心,數(shù)字伺服電機為執(zhí)行元件，一個半徑補償設(shè)備進行半徑補償，仿真和實驗結(jié)果表明該系統(tǒng)是可行的。系統(tǒng)的特點包括:（1）松下FP系列PLC和功能模塊作為控制核心。小容積，高誠信，高可靠性，良好的控制能力和低成本使系統(tǒng)方便，可靠性高以及精度高。（2）不需要繞紗裝置，因為伺服電機可以提供同樣的功能。（3）模塊化的設(shè)計促進工程擴建和二次開發(fā)客戶的需求。（4）松下FPWIN_GR軟件的較好編程環(huán)境包括在線編程的能力和參數(shù)。程序員可以改變對線的控制，并看到實時效果。