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基于键合图的光纤环绕制小张力控制结构的建模和仿真
1.前言
光纤环绕制（FOC）是一种广泛运用于高速运动系统和精密仪器的技术，其具有较高的精度和便捷性，因其应用越来越广泛，FOC控制方法在全球范围内得到了广泛研究。在FOC中，精度和可靠性对于最终的控制效果至关重要。通过运用基于键合图的小张力控制技术，可以有效地减少系统动态下降和环绕速度的失控，同时提高系统的响应性和稳定性。
2.基于键合图的小张力控制结构的建模
小张力控制结构是一种基于键合图的控制算法。其模型基于FOC系统的总状态图，采用数字信号处理技术实现闭环控制。在本研究中，我们将FOC控制系统分为四个主要部分：光纤传感器、线性驱动器、信号处理器和控制器。光纤传感器和线性驱动器控制系统参考文献[1]，其中利用相位解弦原理和相位环来实现光纤传感器控制，采用线性电机作为线性驱动器进行控制。信号处理器通过数字信号处理算法对信号进行滤波、降噪等处理。控制器采用了小张力控制算法来实现FOC系统的闭环控制。FOC系统的模型图如下：
其中，θ为光纤传感器输出信号的相位角度，φ为期望相位角度，φ′为实际相位角度，ω为光纤环绕制载体的角速度，ψ为光纤纤芯的张力。在FOC系统中，控制器通过响应当前环绕的张力，来调整FOC控制系统的输出信号，实现张力的控制和FOC系统的闭环控制。
3.基于仿真的实验验证
为了验证小张力控制结构的效果，本研究进行了基于仿真的实验验证。采用Simulink工具对FOC系统进行建模，并对FOC系统不同条件下的性能进行仿真。在模拟过程中，选择了不同的环境因素和变化参数进行比较，对比结果如下：
①不同环境条件下的FOC系统响应性能
图1是在不同光纤长度条件下FOC系统的响应性能曲线。通过曲线变化比较可以看出，FOC系统的响应性能在光纤长度较短和张力较小的情况下表现出较好的表现。
②不同张力下的FOC系统响应性能
图2是在不同张力条件下FOC系统的响应性能曲线。通过曲线变化比较可以看出，FOC系统的响应性能在张力较小时表现出较好的表现。
4.结论
本研究通过理论模型和仿真实验证明了基于键合图的小张力控制结构在FOC系统中的优点。通过本文的研究，我们可以得出以下几个结论：
①基于键合图的小张力控制结构可以有效地减少FOC系统的动态下降和环绕速度的失控。
②在FOC系统中，光纤的长度和张力等环境因素会对其响应性能产生影响。
③基于Simulink的仿真实验可以有效地验证FOC系统的性能。
总之，本研究为FOC控制算法的优化和改进提供了基础理论和实验依据，并有望在未来进一步推动FOC技术的应用和发展。