本文關(guān)鍵詞：康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

  更多相關(guān)文章： 微機(jī)電系統(tǒng) 柔性鉸鏈 壓電陶瓷 視覺檢測 模糊PID

【摘要】：近年來我國的航天事業(yè)迅猛發(fā)展,因而對(duì)航天事業(yè)中使用的各種裝備不斷提出新的要求。作為航天探測中的一類有效載荷,X/γ探測器在許多場合都有很重要的作用。X/γ探測器在執(zhí)行探測任務(wù)之前需要在地面進(jìn)行非常精確的定標(biāo)實(shí)驗(yàn),而現(xiàn)階段無法通過已有的放射源進(jìn)行精確定標(biāo),所以迫切需要探求到一種單色性好、能量覆蓋范圍廣且峰值能量可調(diào)的γ光源來滿足X/γ探測器的定標(biāo)需求。γ射線是通過電子束與激光進(jìn)行碰撞發(fā)生康普頓散射而獲得的,所以需要讓束腰半徑都是20μm的激光束與電子束在空間中進(jìn)行高精度的碰撞。通過對(duì)國內(nèi)外微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)發(fā)展現(xiàn)狀的研究,論文設(shè)計(jì)出一套康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)來精確控制激光的光路,讓其與電子束發(fā)生高精度的碰撞�？灯疹D實(shí)驗(yàn)中使用的激光和電子束都是不可見的,論文提出在激光和電子束的設(shè)定碰撞點(diǎn)處放一個(gè)YAG熒光靶,讓激光和電子束打在熒光靶上產(chǎn)生熒光效應(yīng),出現(xiàn)兩個(gè)可見光斑,通過康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)來改變激光光路,進(jìn)而改變激光光斑在熒光靶上的位置,最后讓兩個(gè)光斑達(dá)到要求的重合度。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)激光光路的精確控制,精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)中激光反射鏡的轉(zhuǎn)角定位精度需要達(dá)到6×10-4度。論文選用具有納米分辨率的壓電陶瓷電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件,設(shè)計(jì)無機(jī)械摩擦、無間隙、結(jié)構(gòu)緊湊的柔性鉸鏈作為傳動(dòng)元件,以保證機(jī)械結(jié)構(gòu)的定位精度。由于激光和電子束束腰半徑只有20μm,論文提出采用高分辨率的CCD相機(jī)和顯微鏡頭來對(duì)熒光靶上激光和電子束的光斑位置進(jìn)行檢測,以保證兩個(gè)光斑的重合度。論文還使用模糊PID控制算法構(gòu)建基于視覺反饋的全閉環(huán)控制系統(tǒng)來對(duì)光斑位置進(jìn)行快速、穩(wěn)定和準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。論文對(duì)康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析,結(jié)果顯示其最大應(yīng)力和行程符合使用要求。然后分析由加工精度引起的柔性鉸鏈轉(zhuǎn)動(dòng)剛度誤差,并用誤差數(shù)據(jù)對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償,建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù),通過Simulink進(jìn)行仿真來驗(yàn)證整個(gè)系統(tǒng)的可行性。最后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比PID算法和模糊PID算法的控制效果,發(fā)現(xiàn)模糊PID控制算法適應(yīng)性更強(qiáng),超調(diào)較小,控制更加平穩(wěn),并且在平衡狀態(tài)穩(wěn)定性更好。
【關(guān)鍵詞】：微機(jī)電系統(tǒng) 柔性鉸鏈 壓電陶瓷 視覺檢測 模糊PID
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V447.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 課題提出的背景及意義10-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 柔性鉸鏈的發(fā)展現(xiàn)狀14
• 1.2.3 壓電陶瓷控制算法的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.4 快速控制反射鏡發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.3 課題研究的主要內(nèi)容16-18
• 第二章 康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整體方案18-26
• 2.1 前言18
• 2.2 康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)中各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的提出18-20
• 2.3 康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案20-25
• 2.3.1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案20-21
• 2.3.2 調(diào)節(jié)精度的檢測方案21-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第三章 康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)26-46
• 3.1 前言26
• 3.2 柔性鉸鏈26-30
• 3.2.1 柔性鉸鏈的概述26-27
• 3.2.2 單軸直圓型柔性鉸鏈的參數(shù)計(jì)算27-30
• 3.2.3 單軸直圓型柔性鉸鏈的設(shè)計(jì)參量分析30
• 3.3 柔性鏡架的設(shè)計(jì)30-34
• 3.3.1 柔性架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30-33
• 3.3.2 激光反射鏡的設(shè)計(jì)33-34
• 3.4 基于偽剛體模型法的柔性鏡架建模34-38
• 3.4.1 偽剛體模型法34-35
• 3.4.2 柔性鏡架的偽剛體模型35-38
• 3.5 微驅(qū)動(dòng)器38-42
• 3.5.1 壓電陶瓷材料的特性38-39
• 3.5.2 壓電陶瓷電機(jī)的工作原理39-42
• 3.6 有限元分析42-45
• 3.6.1 有限元分析概述42
• 3.6.2 機(jī)構(gòu)的有限元分析42-45
• 3.7 本章小結(jié)45-46
• 第四章 康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)46-66
• 4.1 前言46
• 4.2 控制系統(tǒng)的組成46-48
• 4.2.1 控制系統(tǒng)概述46-47
• 4.2.2 康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制系統(tǒng)的組成47-48
• 4.3 視覺檢測原理48-54
• 4.3.1 圖像處理概述48
• 4.3.2 光斑中心位置提取48-54
• 4.3.2.1 將圖像二值化49-52
• 4.3.2.2 對(duì)圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理52-54
• 4.3.2.3 提取光斑中心坐標(biāo)54
• 4.4 基于視覺反饋運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的建立54-57
• 4.4.1 控制系統(tǒng)硬件的選型54-57
• 4.4.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的建立57
• 4.5 控制方法的研究57-65
• 4.5.1 壓電陶瓷電機(jī)的控制方法57-58
• 4.5.2 控制算法的分類和比較58
• 4.5.3 控制算法的建立58-65
• 4.5.3.1 PID控制原理58-60
• 4.5.3.2 模糊控制原理60-61
• 4.5.3.3 模糊PID控制器的設(shè)計(jì)61-65
• 4.6 本章小結(jié)65-66
• 第五章 康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)的誤差分析和實(shí)驗(yàn)66-78
• 5.1 前言66
• 5.2 誤差分析66-69
• 5.2.1 柔性鉸鏈的誤差分析66-69
• 5.3 系統(tǒng)仿真69-74
• 5.3.1 控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的建立69-71
• 5.3.2 勞斯穩(wěn)定性判據(jù)判定控制系統(tǒng)穩(wěn)定性71-72
• 5.3.3 控制系統(tǒng)Simulink仿真72-74
• 5.4 實(shí)驗(yàn)和分析74-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 第六章 結(jié)論與展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 致謝84

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本文編號(hào)：1045497