光束稳定与振动控制的光机电一体化系统研究

发布时间：2020-11-18 00:44

　　 随着光学系统的应用领域不断扩展，凝集大量研究成果的装备走出实验室进入实际应用环境。处于恶劣振动环境下的高精度激光加工设备、测量设备和车、机、弹等运载激光系统，不可回避机械振动对成像质量、测量精度和目标跟踪瞄准精度的影响。本文以激光通信和高能激光武器的ATP技术需求为应用背景，研究了振动环境下光学系统的光束稳定与振动控制技术。论文完成的主要工作有： 1、基于几何光学及矩阵光学理论，针对近轴光学系统的振动失调量的预估分析，推导了光学透镜和平面反射镜的振动失调光束传输变换矩阵，给出了光学透镜和平面反射镜在三维位移失调状态下的光线传输追迹方程，建立了光学系统的三维振动失调光束传输的递推模型，为光路系统的振动失调量的预估分析提供了理论方法，并为光束稳定自适应控制的仿真分析奠定良好基础。以某聚焦扩束望远镜系统的振动失调光束传输预估问题为例，用C++语言编制了分析计算程序，得到了合理的预估分析结果。 2、基于线弹性小变形机械振动理论及结构分析的有限元方法，描述了光学平台结构模态特征和振动位移响应的动力分析方法，给出周期性激振和平稳随机振动下的动力响应表达式。提出了将时域动态响应、频率响应函数和均方根值作为机械振动对光束传输性能影响的定量评价值。以某置于光学平台上的聚焦扩束望远镜系统的振动失调量问题为例，进行了结构的有限元法动力分析，得到了该失调光学系统的时域动态响应、频率响应函数和均方根值。 3、针对光学平台的基础振动被动隔离技术，建立了平台结构的刚体动力学模型，给出了平台刚体结构的六自由度隔振传递率的公式，计算和比较了刚性支撑、空气弹簧柔性支撑和不同阻尼比对隔振效果的影响。针对平台基础振动被动隔离的特殊要求，给出了将平动激励与转动响应解耦的原则，提出了调整空气弹簧刚度的解耦方法，运用广义逆矩阵给出了调整刚度的设计公式。 4、针对驱动跟踪瞄准装置(ATP)引起的平台自激振动问题，提出了光学平台自激振动的主动控制原理，基于Lagrange—Maxwell方程建立了机电系统的动力学微分方程，给出了自激振动的主动控制策略和算法，并进行了某光学平台振动主动控制的数值仿真分析。针对光学平台基础振动与平台上自激振动的协调控制问题，探讨了将基础振动被动隔离技术与自激振动的主动控制相结合的可行性。 5、基于振动失调光路系统的光束传输分析，提出一种光束稳定控制的基本思想，研究了光束指向失调量的检测方法，探讨了快速倾斜反射镜的作动位移和振动位移的检测方法，并给出了获取期望作动位移的算法。 光束稳定与振动控制的光机电一体化系统研究 6、针对本文构思的一种三自由度压电杆作动器，给出了其结构及工作原理， 推导出这种压电作动器的作动方程，并建立了作动系统的动力学方程。基于自适 应控制的基本思想，建立了顺馈与反馈复合的自适应控制系统仿真分析模型，给 出了具有二阶收敛特性的控制律，分析了自适应控制系统的硬件组成，对系统的 工作原理给出了框图描述。以某光学平台光路系统的光束稳定问题为例，给出了 合理的数值仿真结果。 光束稳定与振动控制的光机电一体化系统研究涉及多学科知识的交叉，是个 崭新的多学科交叉的研究方向，其系统化的指导理论、研究方法和关键技术还不 够成熟。本文对该领域的科学研究和工程应用进行了较为深入的探索。 关键词:机械振动光学失调振动控制光束稳定控制光机电一体化
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2004
【中图分类】：TH-39
【部分图文】：

比刚度高、比强度高、抗振等一系列优点，能将结光学平台的设计时，顶端的蒙皮通常都打孔并被指不锈钢、铝或其它特殊材料制成，侧面板可用钢层材料，可有效抑制平台上宽频带随机振源的振动著的阻尼减振作用。36]公司的蜂窝型台板结构如图3.1所示，它采用了粘接工艺，蜂窝壁板表面喷涂厂具有技术专利的阻，它采用封闭巢室结构，又称析架中心设计(图3.中心设计采用一个附加的钢质构件来连接蜂窝巢室刚度显著变大，而重量增加很小，析架既改善了静结构点的负荷承载能力，其综合性能远优于传统使蜂窝巢室连接处产生三倍芯壁厚度(图3.3)，然有两个结构构件。封闭巢室的三个钢片完全绑定在和限制层减幅。

0.6m、1.6m、3.4m和4.4m，Y方向为1.23m(如图3.6)。图3.6蜂窝芯光学平台的Ansys有限元模型模态分析得前8阶固有频率为表3.3所示:表.33前8阶固有频率阶数固有频率淤丽{赢348.033450.585560.904667.813786.0078121.702计算得知整个蜂窝板重1871.9kg，蜂窝芯重量为970.862kg，蜂窝芯占板重量的64%。而从重量角度得出设计蜂窝夹心结构的一个要求为:为达到最大的弯曲强度和抗弯刚度，该比例应在0.5一.067之间[60]，本文结构显然满足此要求。其中，第一阶模态变形图如图3.7:(一阶表现为平台沿y方向的平动，二阶表现为平台沿x方向的平动，三阶表现为整个平台的扭转运动):
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本文编号：2888126