隨著光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，凝集大量研究成果的裝備走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用環(huán)境。處于惡劣振動(dòng)環(huán)境下的高精度激光加工設(shè)備、測(cè)量設(shè)備和車、機(jī)、彈等運(yùn)載激光系統(tǒng)，不可回避機(jī)械振動(dòng)對(duì)成像質(zhì)量、測(cè)量精度和目標(biāo)跟蹤瞄準(zhǔn)精度的影響。本文以激光通信和高能激光武器的ATP技術(shù)需求為應(yīng)用背景，研究了振動(dòng)環(huán)境下光學(xué)系統(tǒng)的光束穩(wěn)定與振動(dòng)控制技術(shù)。論文完成的主要工作有： 1、基于幾何光學(xué)及矩陣光學(xué)理論，針對(duì)近軸光學(xué)系統(tǒng)的振動(dòng)失調(diào)量的預(yù)估分析，推導(dǎo)了光學(xué)透鏡和平面反射鏡的振動(dòng)失調(diào)光束傳輸變換矩陣，給出了光學(xué)透鏡和平面反射鏡在三維位移失調(diào)狀態(tài)下的光線傳輸追跡方程，建立了光學(xué)系統(tǒng)的三維振動(dòng)失調(diào)光束傳輸?shù)倪f推模型，為光路系統(tǒng)的振動(dòng)失調(diào)量的預(yù)估分析提供了理論方法，并為光束穩(wěn)定自適應(yīng)控制的仿真分析奠定良好基礎(chǔ)。以某聚焦擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的振動(dòng)失調(diào)光束傳輸預(yù)估問(wèn)題為例，用C++語(yǔ)言編制了分析計(jì)算程序，得到了合理的預(yù)估分析結(jié)果。 2、基于線彈性小變形機(jī)械振動(dòng)理論及結(jié)構(gòu)分析的有限元方法，描述了光學(xué)平臺(tái)結(jié)構(gòu)模態(tài)特征和振動(dòng)位移響應(yīng)的動(dòng)力分析方法，給出周期性激振和平穩(wěn)隨機(jī)振動(dòng)下的動(dòng)力響應(yīng)表達(dá)式。提出了將時(shí)域動(dòng)態(tài)響應(yīng)、頻率響應(yīng)函數(shù)和均方根值作為機(jī)械振動(dòng)對(duì)光束傳輸性能影響的定量評(píng)價(jià)值。以某置于光學(xué)平臺(tái)上的聚焦擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的振動(dòng)失調(diào)量問(wèn)題為例，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的有限元法動(dòng)力分析，得到了該失調(diào)光學(xué)系統(tǒng)的時(shí)域動(dòng)態(tài)響應(yīng)、頻率響應(yīng)函數(shù)和均方根值。 3、針對(duì)光學(xué)平臺(tái)的基礎(chǔ)振動(dòng)被動(dòng)隔離技術(shù)，建立了平臺(tái)結(jié)構(gòu)的剛體動(dòng)力學(xué)模型，給出了平臺(tái)剛體結(jié)構(gòu)的六自由度隔振傳遞率的公式，計(jì)算和比較了剛性支撐、空氣彈簧柔性支撐和不同阻尼比對(duì)隔振效果的影響。針對(duì)平臺(tái)基礎(chǔ)振動(dòng)被動(dòng)隔離的特殊要求，給出了將平動(dòng)激勵(lì)與轉(zhuǎn)動(dòng)響應(yīng)解耦的原則，提出了調(diào)整空氣彈簧剛度的解耦方法，運(yùn)用廣義逆矩陣給出了調(diào)整剛度的設(shè)計(jì)公式。 4、針對(duì)驅(qū)動(dòng)跟蹤瞄準(zhǔn)裝置(ATP)引起的平臺(tái)自激振動(dòng)問(wèn)題，提出了光學(xué)平臺(tái)自激振動(dòng)的主動(dòng)控制原理，基于Lagrange—Maxwell方程建立了機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)微分方程，給出了自激振動(dòng)的主動(dòng)控制策略和算法，并進(jìn)行了某光學(xué)平臺(tái)振動(dòng)主動(dòng)控制的數(shù)值仿真分析。針對(duì)光學(xué)平臺(tái)基礎(chǔ)振動(dòng)與平臺(tái)上自激振動(dòng)的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題，探討了將基礎(chǔ)振動(dòng)被動(dòng)隔離技術(shù)與自激振動(dòng)的主動(dòng)控制相結(jié)合的可行性。 5、基于振動(dòng)失調(diào)光路系統(tǒng)的光束傳輸分析，提出一種光束穩(wěn)定控制的基本思想，研究了光束指向失調(diào)量的檢測(cè)方法，探討了快速傾斜反射鏡的作動(dòng)位移和振動(dòng)位移的檢測(cè)方法，并給出了獲取期望作動(dòng)位移的算法。 光束穩(wěn)定與振動(dòng)控制的光機(jī)電一體化系統(tǒng)研究 6、針對(duì)本文構(gòu)思的一種三自由度壓電桿作動(dòng)器，給出了其結(jié)構(gòu)及工作原理， 推導(dǎo)出這種壓電作動(dòng)器的作動(dòng)方程，并建立了作動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程�；谧赃m 應(yīng)控制的基本思想，建立了順饋與反饋復(fù)合的自適應(yīng)控制系統(tǒng)仿真分析模型，給 出了具有二階收斂特性的控制律，分析了自適應(yīng)控制系統(tǒng)的硬件組成，對(duì)系統(tǒng)的 工作原理給出了框圖描述。以某光學(xué)平臺(tái)光路系統(tǒng)的光束穩(wěn)定問(wèn)題為例，給出了 合理的數(shù)值仿真結(jié)果。 光束穩(wěn)定與振動(dòng)控制的光機(jī)電一體化系統(tǒng)研究涉及多學(xué)科知識(shí)的交叉，是個(gè) 嶄新的多學(xué)科交叉的研究方向，其系統(tǒng)化的指導(dǎo)理論、研究方法和關(guān)鍵技術(shù)還不 夠成熟。本文對(duì)該領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用進(jìn)行了較為深入的探索。 關(guān)鍵詞:機(jī)械振動(dòng)光學(xué)失調(diào)振動(dòng)控制光束穩(wěn)定控制光機(jī)電一體化
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2004
【中圖分類】：TH-39
【部分圖文】：

比剛度高、比強(qiáng)度高、抗振等一系列優(yōu)點(diǎn)，能將結(jié)光學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)時(shí)，頂端的蒙皮通常都打孔并被指不銹鋼、鋁或其它特殊材料制成，側(cè)面板可用鋼層材料，可有效抑制平臺(tái)上寬頻帶隨機(jī)振源的振動(dòng)著的阻尼減振作用。36]公司的蜂窩型臺(tái)板結(jié)構(gòu)如圖3.1所示，它采用了粘接工藝，蜂窩壁板表面噴涂廠具有技術(shù)專利的阻，它采用封閉巢室結(jié)構(gòu)，又稱析架中心設(shè)計(jì)(圖3.中心設(shè)計(jì)采用一個(gè)附加的鋼質(zhì)構(gòu)件來(lái)連接蜂窩巢室剛度顯著變大，而重量增加很小，析架既改善了靜結(jié)構(gòu)點(diǎn)的負(fù)荷承載能力，其綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)使蜂窩巢室連接處產(chǎn)生三倍芯壁厚度(圖3.3)，然有兩個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件。封閉巢室的三個(gè)鋼片完全綁定在和限制層減幅。

0.6m、1.6m、3.4m和4.4m，Y方向?yàn)?.23m(如圖3.6)。圖3.6蜂窩芯光學(xué)平臺(tái)的Ansys有限元模型模態(tài)分析得前8階固有頻率為表3.3所示:表.33前8階固有頻率階數(shù)固有頻率淤麗{贏348.033450.585560.904667.813786.0078121.702計(jì)算得知整個(gè)蜂窩板重1871.9kg，蜂窩芯重量為970.862kg，蜂窩芯占板重量的64%。而從重量角度得出設(shè)計(jì)蜂窩夾心結(jié)構(gòu)的一個(gè)要求為:為達(dá)到最大的彎曲強(qiáng)度和抗彎剛度，該比例應(yīng)在0.5一.067之間[60]，本文結(jié)構(gòu)顯然滿足此要求。其中，第一階模態(tài)變形圖如圖3.7:(一階表現(xiàn)為平臺(tái)沿y方向的平動(dòng)，二階表現(xiàn)為平臺(tái)沿x方向的平動(dòng)，三階表現(xiàn)為整個(gè)平臺(tái)的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)):
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本文編號(hào)：2888126