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光纤环绕制电机控制策略的优化与实践研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着信息技术的飞速发展，光纤作为一种高效、稳定的信息传输介质，在通信、传感等领域得到了广泛应用。光纤环作为光纤应用中的关键部件，其质量和性能直接影响着整个系统的可靠性和稳定性。在通信领域，光纤环被广泛应用于光通信网络中的光延迟线、光滤波器、光开关等器件中，对于实现高速、大容量的光通信起着至关重要的作用。在5G通信基站中，光纤环可用于光电振荡器（OEO），这是射频/微波信号产生、处理和发射的重要元器件，随着5G商用化进程的加速，对光纤环的需求也日益增长。在传感领域，光纤环是光纤陀螺仪、光纤电流传感器等重要传感设备的核心部件。以光纤陀螺仪为例，它是惯性导航系统的关键器件，通过检测光纤环中两束反向传播光的相位差来测量角速度，广泛应用于航空航天、航海、陆地导航等领域。据统计，2021年中国光纤陀螺市场规模达156.6亿元，同比增长21.21%，预计2024年将达到257.7亿元，光纤环成本约占光纤陀螺仪总成本的36%，其市场规模也随之不断扩大。

光纤环绕制是生产光纤环的关键工艺，而电机控制策略在光纤环绕制过程中起着举足轻重的作用。在光纤环绕制过程中，需要精确控制电机的转速、位置和扭矩，以确保光纤能够均匀、紧密地缠绕在骨架上，同时避免光纤受到过大的张力而损坏。如果电机控制策略不当，可能会导致光纤缠绕不均匀，出现松绕、重叠等问题，从而影响光纤环的光学性能和机械性能。这些问题会导致光纤环的插入损耗增加、偏振模色散增大，降低光纤陀螺仪的精度和稳定性，进而影响整个系统的性能。

高效的电机控制策略能够提高光纤环绕制的速度和精度，减少人工干预，降低生产成本，提高生产效率。苏州光环科技有限公司申请的“绕纤机”专利，通过优化设备的结构和功能，包括对电机控制的优化，有效减少传统光纤绕制过程中常见的问题，极大地提高了光纤的生产效率。而随着市场对光纤环的需求不断增加，研究和优化光纤环绕制电机控制策略，对于满足市场需求、推动光纤环产业的发展具有重要的现实意义。同时，先进的电机控制策略还有助于推动光纤环在更多新兴领域的应用，拓展光纤技术的发展空间，促进相关领域的技术进步和产业升级。

1.2国内外研究现状

在光纤环绕制技术的研究方面，国内外均取得了一定的成果。国外在光纤环绕制技术方面起步较早，技术相对成熟。美国、日本等国家的科研机构和企业在光纤环绕制设备的研发上处于领先地位，其设备具备高精度、高速度的特点，能够实现复杂的光纤环绕制工艺。美国的某公司研发的光纤绕环机采用了先进的数控技术，能够精确控制光纤的缠绕角度和张力，生产出的光纤环性能优良，在航空航天等高端领域得到了广泛应用。日本的一些企业则专注于光纤环绕制工艺的优化，通过改进绕制算法和工艺流程，提高了光纤环的质量和生产效率。

国内在光纤环绕制技术领域也在不断追赶，近年来取得了显著的进展。许多高校和科研机构，如哈尔滨工业大学、武汉长盈通光电技术股份有限公司等，开展了深入的研究工作。哈尔滨工业大学研发了一种基于机器人的光纤环绕制系统，该系统利用机器人的高精度运动控制能力，实现了光纤的自动化绕制，提高了生产效率和产品质量。武汉长盈通光电技术股份有限公司则在光纤环绕制设备的智能化方面取得了突破，其研发的智能绕环机能够实时监测光纤的张力和缠绕状态，并根据监测数据自动调整绕制参数，确保了光纤环的质量稳定性。此外，苏州光环科技有限公司申请的“绕纤机”专利，通过优化设备的结构和功能，包括对电机控制的优化，有效减少传统光纤绕制过程中常见的问题，极大地提高了光纤的生产效率。

在电机控制策略研究方面，国外的研究主要集中在先进控制算法的应用和多电机协同控制技术上。例如，德国的学者将自适应控制算法应用于光纤环绕制电机控制中，通过实时调整控制参数，提高了电机的响应速度和控制精度。美国的科研团队则致力于多电机同步控制技术的研究，提出了基于模型预测控制的多电机同步控制策略，实现了多个电机之间的高精度同步运行，有效提高了光纤环绕制的质量和效率。

国内在电机控制策略研究方面也取得了一定的成果。一些学者将模糊控制、神经网络控制等智能控制算法应用于光纤环绕制电机控制中，取得了较好的控制效果。模糊控制算法能够根据光纤环绕制过程中的实时状态，如光纤张力、电机转速等，自动调整控制规则，实现对电机的智能控制。神经网络控制算法则通过对大量历史数据的学习，建立了电机控制模型，能够准确预测电机的运行状态，并根据预测结果进行控制，提高了控制的准确性和可靠性。还有研究人员针对多电机同步控制问题，提出了基于偏差耦合同步控制和神经网络补偿控制的复合控制策略，有效提高了多电机的同步精度和抗干扰能力。

尽管国内外在光纤环绕制技术及电机控制策略方面取得了不少成果