CN102866720B

CN102866720B - 放纤架伺服驱动器输入电压调整电路及控制方法

Info

Publication number: CN102866720B
Application number: CN201210362847.5A
Authority: CN
Inventors: 文立广; 徐萌; 宋涛; 曾建军; 李力
Original assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Current assignee: Fiberhome Telecommunication Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2032-09-25
Also published as: CN102866720A

Abstract

本发明公开了一种放纤架伺服驱动器输入电压调整电路及控制方法，所述控制方法包括以下步骤：将放纤舞蹈轮电位器和微调电位器的输出电压分别输入到加法电路进行相加处理；将所述加法电路的输出信号经可调反馈电位器送回到所述加法电路的输入端；将所述加法电路的输出信号经过比例积分微分运算电路处理后输出，作为伺服驱动器的输入电压参考值信号。本发明，放纤舞蹈轮电位器的输出电压经过加法运算之后，再当作输入参考值反馈到输入端，可以使放纤舞蹈轮始终稳定在一个固定位置，实现对光纤放纤架更为精准严格的自动调节控制，改善放纤架放纤的稳定性，解决光纤张力不稳等问题，从而提高放纤速度，减少维修率，提高生产效率。

Description

放纤架伺服驱动器输入电压调整电路及控制方法

技术领域

本发明涉及光纤、光缆放纤架驱动装置，具体涉及放纤架伺服驱动器输入电压调整电路及控制方法。

背景技术

目前，大多数的光纤、光缆放纤架都是由伺服驱动器控制伺服电机带动其转动的。众所周知，伺服电机的转动速度由伺服驱动器的输入电压参考决定，而伺服驱动器输入电压参考值由放纤舞蹈轮（或称‘摆动式动滑轮’，放纤张力可以通过调节舞蹈轮张力杆上的砝码重量来控制）同轴电位器输出（伺服驱动器输入电压参考值设定范围一般是0～±10V，输入电压参考值越大，伺服电机的转速越大，输入电压参考值为0V时，伺服电机停止）。由于放纤舞蹈轮的输出电压会受到放纤舞蹈轮角位置的（与中间平衡位置的偏离程度）影响，当放纤架低速转动或满盘运行时，放纤舞蹈轮处于中间平衡位置偏低的位置，当放纤架高速转动或空盘运行时，放纤舞蹈轮处于中间平衡位置偏高的位置，因此，在伺服电机驱动放纤架转动过程中，放纤舞蹈轮没有一个固定的平衡位置点，从而使放纤舞蹈轮电位器的输出电压不是一定恒定值，影响了放纤张力和放纤速度的平稳性。

针对上述问题，现有的解决办法是通过相应的调整电路对伺服驱动器的输入电压参考值进行调整，但是，在设计调整电路时，很难兼顾到放纤架高速、低速不同转速下的参数匹配，也很难兼顾放纤架重盘、轻盘不同负载下的的参数匹配，而且响应速度较慢，也就是说，如果将伺服驱动器的输入电压参考值调整为满盘状态下的参数，那么该参数不一定适合空盘时所需要的转速；如果将伺服驱动器的输入电压参考值调整为为放纤架低速稳定运行状态下的参数，则不一定适合高速运行时所需要的参数。因此，现有伺服驱动器的输入电压参考值调整电路会造成放纤舞蹈轮的平衡位置偏高或偏低，从而使放纤架在运行过程中容易出现抖动，并且响应慢、难以维护。

总之，现有的光纤、光缆放纤架伺服驱动器存的问题在于：

（1）放纤速度慢；

（2）由于输入电压参考值不能兼顾到放纤架的高速、低速运行以及重盘、轻盘运行，因此，放纤张力不稳，安全性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是解决光纤、光缆放纤架放纤速度慢、放纤张力不稳，安全性较差的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种放纤架伺服驱动器输入电压控制方法，包括以下步骤：

将放纤舞蹈轮电位器和微调电位器的输出电压分别输入到加法电路进行相加处理；

将所述加法电路的输出信号经可调反馈电位器送回到所述加法电路的输入端；

将所述加法电路的输出信号经过比例积分微分运算电路处理后输出，作为伺服驱动器的输入电压参考值信号。

在上述方法中，通过常闭继电器对所述比例积分微分运算电路进行锁零。

本发明还提供了一种放纤架伺服驱动器输入电压调整电路，包括微调电位器和第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端分别经第一、第二电阻连接到放纤舞蹈轮电位器和所述微调电位器的输出端，所述第一运算放大器的输出经可调反馈电位器连接至所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器对放纤舞蹈轮电位器和所述微调电位器的输出电压进行相加处理。

在上述电路中，还包括比例积分微分运算电路，所述比例积分微分运算电路包括第二运算放大器以及第一、第二电容和第三、第四电阻，所述第三电阻连接所述第一运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的反相输入端，所述第一电容与所述第三电阻并联，所述第四电阻与所述第二电容串联后分别与所述第二运算放大器的反相输入端和输出端相连，所述比例积分微分运算电路的输出U_O2满足：

U_{o 2} = - (\frac{R_{4}}{R_{3}} + \frac{C_{1}}{C_{f}}) U_{o 1} - R_{4} C_{1} \frac{d U_{o 1}}{d_{t}} - \frac{1}{R_{3} C_{f}} &Integral; U_{o 1} d_{t};

UO1为所述第一运算放大器的输出，R₃为所述第三电阻的阻值，R₄为所述第四电阻的阻值，C₁为所述第一电容的电容值，C_f为所述第二电容的电容值。

在上述电路中，还包括第三电容和多路继电器，所述第三电容两端分别连接所述第二运算放大器的反相输入端和输出端，所述多路继电器为常闭继电器，且所述第二电容和所述第三电容分别与所述多路继电器中的一路常闭触头并联。

本发明，放纤舞蹈轮电位器的输出电压经过第一级加法运算处理之后，送到第二级比例积分微分运算电路处理，输出结果当作输入参考值送到伺服驱动器，可以使放纤舞蹈轮始终稳定在一个固定位置，实现对光纤放纤架更为精准严格的自动调节控制，改善放纤架放纤的稳定性，解决光纤张力不稳等问题，从而提高放纤速度，减少维修率，提高生产效率。

附图说明

图1为本发明提供的光纤、光缆放纤架伺服驱动器电路示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种放纤架伺服驱动器输入电压调整电路及控制方法，该控制方法包括以下步骤：

将舞蹈轮同轴电位器和微调电位器的输出电压分别输入到加法电路中进行本加处理；

本发明提供的方法，一方面可以自动调整所述加法电路的输出信号，另一方面，还可以通过调节手动调微电位器间接舞蹈轮同轴电位器随之变化，从而调整舞蹈轮的平衡位置。

该方法中，通过常闭继电器对所述比例积分微分运算电路进行锁零。

本发明还提供了一种放纤架伺服驱动器输入电压调整电路，下面结合说明书附图进行详细说明。

如图1所示，放纤架伺服驱动器输入电压调整电路包括微调电位器R_b和第一运算放大器A₁，第一运算放大器A₁的反相输入端分别经第一、第二电阻R₁、R₂连接到放纤舞蹈轮电位器R_a和微调电位器R_b的输出端，第一运算放大器A₁的输出端经可调反馈电位器Rf连接至第一运算放大器A₁的反相输入端。

第一运算放大器A₁对放纤舞蹈轮电位器R_a和微调电位器R_b的输出电压U_i1和U_i2相加（这两个电位器R_a和R_b都由外部供给VCC和VEE两个正反电压，U_i1和U_i2为对应的R_a和R_b中间抽头的输出电压），由于电路存在虚短，因此在P端接地，则U_I=0，U_N=0，i_I=0，第一运算放大器A1的反相输入点的方程式为：

\frac{U_{i 1} - U_{I}}{R_{1}} + \frac{U_{i 2} - U_{I}}{R_{2}} = \frac{U_{I} - U_{O 1}}{R_{f}}

或

\frac{U_{i 1}}{R_{1}} + \frac{U_{i 2}}{R_{2}} = - \frac{U_{O 1}}{R_{f}};

由此得：

U_{O 1} = - \frac{R_{f}}{R_{1}} U_{i 1} + \frac{R_{f}}{R_{2}} U_{i 2} .

由上式知，当输出U_O1不变，R_f，R₁和R₂不变时，则改变U_i2的同时就会使U_i1改变，也就是通过手动调整微调电位器R_b的同时，会使放纤舞蹈轮电位器Ra的值改变。当放纤架处于静止状态时，U_O1=0，即

当放纤架处于放线架处于放线状态或收线状态时，|U_O1|>0，即当U_i1、U_i2，R₁和R₂不变时，R_f相当于输出电压U_O1的阀门，改变R_f的值就会改变U_O1的输出值，因此R_f可作为可调反馈电位器。

为了使上述调整电路达到更好的效果，在第一运算放大器A₁的输出端设置比例积分微分运算电路，比例积分微分运算电路包括第二运算放大器A₂以及第一、第二电容C₁、C_f和第三、第四电阻R₃、R₄，第三电阻R₃连接第一运算放大器A₁的输出端和第二运算放大器A₂的反相输入端，第一电容C₁与第三电阻R₃并联，第四电阻R₄与第二电容C_f串联后分别与第二运算放大器A₂的反相输入端和输出端相连。

由第一运算放大器A₁输出的结果U_O1作为比例积分微分运算电路的输入，比例积分微分运算电路的输出U_O2作为伺服驱动器的输入电压参考值信号，具体运算结果如下：

上述结果用虚线划分成三项，

第（1）项为比例运算；第（2）项为微分运算；第（3）项为积分运算。

比例运算的作用是：输入U_O1乘以一个比例系数输出与输入U_O1的曲线相似，比例运算调节的作用是可以让系统输出更稳定。

积分运算的作用：输入U_O1有偏差输出才变化，即输出就是输入U_o1偏差对时间的积分运算,积分时间常数为R₃C_f,只要输入有偏差，输出会在时间t（0，R₃C_f）内进行积分运算而达到稳定变化，积分运算调节可以消除静态偏差；

微分运算的作用是输入有抖动输出才变化，即输入U_O1突然发生波动，在t=0时，输出会快速变化，随着电容C_f的充电，输出将会逐渐衰减，最后趋近于零，即输出就是输入U_O1偏差对时间的微分运算，微分调节作用是超前调节、削弱波动。

在上述调整电路中，还包括第三电容C₂和多路继电器，第三电容C₂的两端分别连接第二运算放大器A2的反相输入端和输出端，多路继电器为常闭继电器，且第二电容C_f和第三电容C₂分别与多路继电器中的一路常闭触头K并联，电容C₂，C_f并联的K为继电器的常闭触点开关，选择通过继电器实现锁零，其的优点就是锁零后无漂移，就是当继电器断电时，继电器的常闭触点K闭合，导致第二电容C_f和第三电容C₂电容迅速放电，使U_O2输出为零，且几乎无漂移。另一个作用是，多路继电器的其它多余触点开关可以起到短纤报警的作用。多路继电器可以串接限位开关及启动开关，所以继电器起到一个启动运行的作用。

本发明的工作原理如下：

当没有增加调整电路时，放纤架伺服驱动器的输入电压参考值为放纤舞蹈轮电位器输的输出电压U_Ra,当放纤架带动光纤运行时，放纤舞蹈轮就有一个偏离平衡位置的偏差，由于放纤速度、放纤盘大小会不断改变，因此，U_Ra也会时大时小不断变化，从而造成放纤舞蹈轮偏高或偏低。增加了调整电路后，放纤架伺服驱动器的输入电压参考值为U_O2，此时，虽然放纤速度、放纤盘大小也会不断改变，但是，由于U_O2经过了调整电路的调整，只要U_i1有微小偏差，U_O2都能快速稳定达到放纤架伺服驱动器的输入电压参考值,从而使放纤舞蹈轮始终保持在平衡位置，保持了放纤张力不变。

综上所述，本发明具有如下优点：

（1）放纤加了PID模块后，舞蹈轮平衡位置总可以稳定在一个固定的位置，将舞蹈轮同轴电位器和手动微调电位器构成加法运算，并且可以通过手动调节手动调微调电位器的同时舞蹈轮的平衡位置随着改变，也就是改变放纤舞蹈轮的平衡点位置可以手动微调。

（2）可以通过反馈电阻调节增益反馈信号，从而调节响应速度，使系统稳定性更好。

（3）用继电器做启动信号的开关。当伺服电机正常运转时，继电器处于带电状态，使调节电路的输出信号直接与伺服驱动器连接。当伺服电机停止运转时，继电器处于断电状态，调节电路没有输出，使伺服驱动器输入绝对为零。并且，用继电器对调节电路的结果锁零，好处之一是信号几乎无零漂。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1.放纤架伺服驱动器输入电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

将放纤舞蹈轮电位器R_a和微调电位器R_b的输出电压U_i1和U_i2分别输入到加法电路进行相加处理，其中；放纤舞蹈轮电位器R_a和微调电位器R_b都由外部供给VCC和VEE两个正反电压，U_i1和U_i2为对应的放纤舞蹈轮电位器R_a和微调电位器R_b中间抽头的输出电压；

将所述加法电路的输出信号经过比例积分微分运算电路处理后输出，作为伺服驱动器的输入电压参考值信号；

通过手动调整微调电位器R_b的同时，使放纤舞蹈轮电位器R_a的值改变，实现通过手动调节微调电位器的同时舞蹈轮的平衡位置随着改变。

2.如权利要求1所述的放纤架伺服驱动器输入电压控制方法，其特征在于，

通过常闭继电器对所述比例积分微分运算电路进行锁零。

3.放纤架伺服驱动器输入电压调整电路，其特征在于，包括微调电位器和第一运算放大器，所述第一运算放大器的反相输入端分别经第一、第二电阻连接到放纤舞蹈轮电位器R_a和所述微调电位器R_b的输出端，所述第一运算放大器的输出端经可调反馈电位器连接至所述第一运算放大器的反相输入端，所述第一运算放大器对放纤舞蹈轮电位器和所述微调电位器的输出电压U_i1和U_i2进行相加处理，其中；放纤舞蹈轮电位器R_a和微调电位器R_b都由外部供给VCC和VEE两个正反电压，U_i1和U_i2为对应的放纤舞蹈轮电位器R_a和微调电位器R_b中间抽头的输出电压，通过手动调整微调电位器R_b的同时，使放纤舞蹈轮电位器R_a的值改变，实现通过手动调节微调电位器的同时舞蹈轮的平衡位置随着改变。

4.如权利要求3所述的放纤架伺服驱动器输入电压调整电路，其特征在于，还包括比例积分微分运算电路，所述比例积分微分运算电路包括第二运算放大器以及第一、第二电容和第三、第四电阻，所述第三电阻连接所述第一运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的反相输入端，所述第一电容与所述第三电阻并联，所述第四电阻与所述第二电容串联后分别与所述第二运算放大器的反相输入端和输出端相连，所述比例积分微分运算电路的输出U_O2满足：

U_{o 2} = - (\frac{R_{4}}{R_{3}} + \frac{C_{1}}{C_{f}}) U_{o 1} - R_{4} C_{1} \frac{{dU}_{o 1}}{dt} - \frac{1}{R_{3} C_{f}} {&Integral; U}_{o 1} dt;

U_O1为所述第一运算放大器的输出，R₃为所述第三电阻的阻值，R₄为所述第四电阻的阻值，C₁为所述第一电容的电容值，C_f为所述第二电容的电容值。

5.如权利要求4所述的放纤架伺服驱动器输入电压调整电路，其特征在于，还包括第三电容和多路继电器，所述第三电容两端分别连接所述第二运算放大器的反相输入端和输出端，所述多路继电器为常闭继电器，且所述第二电容和所述第三电容分别与所述多路继电器中的一路常闭触头并联。