论放线双模制约在紧包光纤放线装置中运用

论文导读：
摘要：针对软光缆生产中出现的问题，通过对其生产线及产品自身进行分析得出紧包光纤放线装置的控制系统是影响软光缆产品源于：免费毕业论文www.7ctime.com
质量的主要原因。本文采用双模控制算法对紧包光纤放线速度进行控制，从而达到对放线张力的调节，并用matlab软件进行仿真分析，最终达到了良好效果。
关键词：双模控制 放线张力 放线速度
1007-9416（2013）05-0071-03
目前软光缆在生产过程中主要出现了两个问题：（1）紧包光纤在放线时跳出导轮，将内部光纤打断。（2）采用同一种生产工艺生产的产品，最后光纤测试的结果却相差较大。经过对设备进行研究以及对光缆解剖分析发现，出现上述问题主要是因为紧包光纤放线装置控制系统存在问题。在生产时，高速旋转的绞笼最快达到上百转，由于绞笼旋转时动态放线张力不稳定，很容易造成紧包光纤在离心力作用下甩出导轮外，将紧包光纤打断。紧包光纤放线张力的不均匀也容易造成光纤在光缆内部存在残余应力，使光纤附加损耗增加。以上问题严重影响了软光缆的产品质量及合格率，本篇文章就是为解决此问题而进行的研究。
1 紧包光纤放线装置的控制现状
软光缆的生产速度一般为25m/min，该速度取决于牵引装置的速度。紧包光纤采用主动放线，每个放线单元均为独立闭环控制系统。在放线过程中张力感应机构检测张力大小并将张力传感器输出的4-20mA电流通过PROFIBUS-DP现场总线技术反馈到PLC中，反馈信号与设定的张力信号进行比较，得到的偏差信号通过PLC中的PID控制器进行运算后输出的控制量来改变紧包光纤的放线速度，如果张力感应机构采集到的张力信号大于PLC设定的张力信号，控制系统将加快放线速度，以减小紧包光纤的放线张力。反之，控制系统将减慢放线速度，从而实现对紧包光纤放线张力的调节[3]。生产速度变化不大时这种控制方式能很好的满足生产要求，若生产速度变化较大时紧包光纤的放线速度并不能迅速做出调节，这样很容易出现紧包光纤所受张力突然发生化而导致上述提到的生产问题。
2 双模控制系统的设计
如果我们能够根据牵引速度的变化幅度给紧包光纤放线装置一个信号，让它对放线速度提前做出调节，那么就可能消除张力不稳定这一问题。结合实际本课题将采用模糊控制[4]和PID控制构成双模控制系统[5]对紧包光纤放线装置的张力进行控制，双模控制系统的原理如图1所示，系统控制流程图如图2所示。
3 模糊控制系统的设计

3.1 定义输入输出变量

对于本模糊控制器，选用系统检测的牵引的速度V1与紧包光纤放线速度V2的误差E及误差变化率EC作为系统的输入变量，把调节紧包光纤放线电机的信号u作为输出变量，构成了一个典型的二维常规模糊控制器。

3.2 输入输出变量模糊化

首先定义三个语言变量的量化等级都为13级，即x，y，z={-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。误差E的论域为[-6，6]，误差变化率EC的论域为[-3，3]，控制输出u的论域为[-12，12]。各个变量的比例因子[6]为：
K1=6/6=l，K2 =3/6=0.5，K3=12/6=2
速度偏差E与偏差变化率EC以及Y均采用三角隶属函数。E和EC选取的语言值均为{NB（负大），NM（负中），NS（负小），Z（零），PS（正小），PM（正中），PB（正大）}，U所选取的语言值为{ZO（零），VS（非常小），S（少），MS（中小），M（中），MB（中大），B（大）}，隶属函数曲线如图3，4，5：
根据模糊合成规则，总结操作的实践经验，输入E/EC语言变量赋值表如表1所示：
输出表如表2：

3.3 模糊控制规则设计

模糊控制规则是根据现场人员的经验与专家知识结合起来而制定的，规则的确定是基于逻辑推理，基本的表达式为模糊条件语句。控制规则表如表3所示。

3.4 模糊控制表设计

根据资料和操作人员经验可知，模糊控制规则可综合为表3所列的控制规则。根据表3可以采用以下计算方法，得到模糊控制的总模糊矩阵
R=R1∨R2∨...∨Ri （1）
将得到的49条规则进行合并，已知模糊关系，采用最大隶属度法模糊判决，可以得到总的控制表，如表4所列。
4 仿真分析
通过参考工程参数，在MATLAB中建立仿真模型[7]，得到双模控制系统的仿真图，如图6所示。由图可以看出，所设计的双模控制系统超调量小、响应快、无震荡、系统平稳性好。在应用中通过对软光缆中紧包光纤进行测试，发现达到了预期的目标。
5 结语
通过采用双模控制系统对紧包光纤放线装置进行控制后，解决了软光缆生产过程中出现的问题。同时，在 Matlab 环境下对双模控制进行仿真试验，并对仿真试验结果进行了分析和比较，结果证实了双模控制对该系统的有效性。
参考文献
施正超.软光缆生产线研制.光纤与电缆及其应用技术，2001.2.
[2李群，李鹏.软光缆生产线绞笼放线设备的改进.2320012007.
[3]胡寿松.自动控制原理，科学出版社，2007.
[4]曾光奇.模糊控制理论与工程应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2000.
[5]诸静.模糊控制理论与系统原理.北京：机械工业出版社，2005.8.
[6]马长华，朱伟兴，比例因子对模糊控制器动态性能的影响[J].江苏理工大学学报，2000.9.
[7]张柱华.基于MATLAB的模糊控制仿真研究[J].内江科技，2008，（04）：140一145.