基于PID控制的可吸收缝合线张力控制系统

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辊 的 自重 可 以通 过 调 节 传 感 器 的 调零 功 能 来 消
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仪 器 与 检 测
２ ０ １ ７ 年 第 ３ 期 山 末仿 僻 斜技
检测辊 所受 的压 力 值 ， 测 量 出缝 合 线 的 所 承受 张 力， 输Ｉ 叶 Ｊ 其 对应 的模 拟 电压 信 号 。再 通 过 张 力 变 送器 ， 输 出可供控 制 装置所 匹 配 的电流 信号 。 （ ２ ） 控制 装置 ： 以 Ｓ ＴＣ ８ ９ Ｃ ５ ２单 片机 为 核 心 的控制 模 块 ， 只需 设 定 好 所 需 的 Ｐ １ Ｄ参数， 运 行
传感 器 ， 采用三辊式测量结构 ， 应用 Ｐ Ｉ Ｄ 算 法 实 现精 确 的 微 张 力 控 制 。其 中 中 间 一 个 是 检 测 辊， 左右两 个是辅 助辊 ， 起导 向 的作 用 ， 被 测缝 合线
制效 果 。在 张力 控 制 系统 中 ， 就 是 通 过 张 力 检
测元 件 ， 将 缝 合线 的 张力转 化 与之相 应 的 电信 号 ，
３ 张 力传 感器 的 结 构 设 计 与 测 量 原 理
本 系 统 采 用 的 敏 感 元 件 为 电 阻 应 变 片 的 张 力
合Ｐ Ｉ Ｄ控制 算法 ， 实 现对 微小 张力 的稳 定控 制 。
２ 直 接 测 量 法 原 理
采用 直接 法进 行 控 制 ， 能 够 取 得 比 较 好 的 控
性。
关键 词 ： 可 吸 收缝合 线 ； 恒张 力控 制 ； 直接 测量 法 Ｐ Ｉ Ｄ 中 图分类 号 ： ＴＰ ２ ７ ３ ． ５ 文献标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ３ ０ ２ ８ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ３ — ０ ０ ２ ４ — ０ ４
闭环 的张 力控 制 系统 。这样 就 能够 对生 产线 上 总
的 问题 研 究 了 一 种 恒 张 力 控 制 系 统 ， 通过 直接 测量 的 方 法 ， 采 用 张 力传 感 器检 测 缝 合 线 的 张 力 ， 利 用 单
片机 实现 对张 力的 Ｐ Ｉ Ｄ控 制 。试验 结 果表 明该 系统在 缝 合 线 缠 绕过 程 中具 有 较 好 的控 制 效 果和 鲁 棒
山 末 仿 饿科技 ２ Ｏ ｌ ７ 年 第 ３ 期
仪器与 检测
基于 Ｐ Ｉ Ｄ控 制 的可 吸 收 缝合 线 张 力控 制 系 统
张 家奇 ， 隋修 武 ， 丁莉 萍 ， 汤镟 蓉
（ 天 津 工 业大 学 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ７）
摘 要 ： 文章针 对 可吸 收缝合 线 的生 产和 缠绕过 程 中 ， 常 出现 缝 合 线 线 径粗 细不 均 、 抗 张 强度 不 均
１ 引言
本文 研究 的可 吸 收缝合 线是 通过 湿法 纺 丝ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
的 干扰 因数 做 出 电气 上 的 补偿 ， 张 力 控 制 系 统 能
够稳 定运 行 ， 具有 高 的控制 精度 ， 能显著 提 高缝 合 线 的质量 ， 下 图 １为缝 合 线 生 产 线 上 直 接 法 张 力
艺成 形 的 。可 吸收缝合 线 在 收卷筒 上 缠绕 时 ， 通 过调节 牵 伸张 力来 改变缝 合 线 的线 径 和抗 张强 度 。在 一定 牵伸 张力 范 围 内， 随着牵 伸 力 的增加 ，
器中 ， 进 行算 法 运 算 ， 直 接 输 出控 制信 号 ， 控 制 缝
合 线缠 绕装 置 中收线 的电机 ， 调 节转 速 ， 从 而 实现 对 张力 的恒 值 控 制 ， 系 统 总 体 的原 理 框 图如 图 ｌ
所 示
张
匀， 最 终使 得缝 合 线 在 缝 合 或伤 口愈 合 过 程 中在 抗 张小 的地 方 断 裂 ， 严 重 影 响 临 床 的使 用 效 果 。
轴
辅助辊１
Ｉ 到２
检 测辊
辅 助 辊２
Ｐ Ｉ Ｄ控 制指令 ， 就 能求 得所 需输 出控 制 值 ， 实现 模
拟 量闭环 控 制 。
三 辊 张 力测 量 结 构 ｌ 冬 Ｉ
（ ３ ） 模拟 输入 与输 出 ： 模 拟输 入单 元 主要是 由 除 。它 们 之 间 的 关 系 满 足 欧 拉 公 式 ： Ｆ一 ２ Ｔｃ ｏ ｓ
缝 合线 的抗 张强 度会 增加 。对 于超 细丝 的缝 合 线 来说， 牵 伸 张力 的微 小 波 动 就 会 引 起 其 较 大 的 变 形， 甚 至是 不 可恢 复 的 变 形 ， 导 致 线 径 严 重 不 均
控 制系 统 的框架 ， 该 系统 利 用 张力 传 感 器 直 接 测
量 缝合 线 的所 承受 张 力 ， 将 其输 入 到 单 片机 控 制
绕于 三个辊 上 。检 测 辊 上 的压力 即为缝 合 线 收 卷 张力 ， 从而使 张力 控 制 系统 的 阶数 降 低 ， 响应 速 度
快， 测量 分 辨 率 高 。此 系统 准 确 度 可 达 ５ ‰， 测 量
范 围为 ０ Ｎ～ ５ Ｎ， 三 辊 张 力 测 量 结 构 如 图 ２所 示 。 图 ２中 ， Ｔ 为 缠 绕 于 检 测 辊 上 的 缝 合 线 收 卷 张力 ， Ｆ为施 加 于张力 检 测辊 上 的总 的合力 ， 检 测
因此对 可 吸收缝 合线 的张力控 制 的研 究不 仅有 着 很 高 的理论 研究 价 值 ， 而且 还 有 着 更 重 要 的 实 际
应 用 价值 。
图 １ 直 接 张 力 控 制 系统 框 图
本 文 介绍 了一 种 微 细 缠 绕 张 力控 制 技 术 ， 利 用 电阻应 变 片式张 力传 感器 ， 采 用直 接测 量法 ， 结
并作 为反 馈 信号 接 人 到 输入 端 ， 与设 定 的 张力 信
号进 行 比较 、 运算、 调节 张力 执 行部 件 ， 从 而 构 成
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ７ － ０ ４ — ２ ７
作者 简 介 ： 张 家奇 （ １ ９ ９ ６ ） ， 男， 河 北 唐 山人 ， 学士 。