基于柔性机构的快速反射镜研究

CIOMP OpenIR

	基于柔性机构的快速反射镜研究
	徐宁
学位类型	博士
导师	戴明
	2018
学位授予单位	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位授予地点	中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所)
学位名称	博士
关键词	柔性铰链柔性机构快速反射镜性能测试
摘要	快速反射镜(Fast Steering Mirror,FSM)是在目标与接收器之间高速精准控制光束方向的反射镜装置,具有高带宽、高精度、无空回、无摩擦、无噪声和结构紧凑等优点,已经广泛应用于航空光电成像系统、精密跟踪瞄准设备、天文望远镜和空间激光通讯等领域。国外早在20世纪80年代就开展了快速反射镜相关技术的研究工作,其关键技术和相关产品已经日趋成熟,但是由于快速反射镜主要应用于航空、航天等军事领域,西方国家对我国实施了技术封锁。因此,为了突破技术壁垒,增强我国综合实力,对快速反射镜进行深入的研究具有重要的意义。柔性机构作为快速反射镜的关键部件之一,其性能直接决定了快速反射镜系统整体的各项指标。本文首先对柔性机构的组成要素柔性铰链进行了深度的研究,然后使用本文建立的柔性铰链数学模型设计了一个用于快速反射镜的两轴转动柔性机构,接下来用此柔性机构完成了一套高精度高带宽快速反射镜的设计,最后对该快速反射镜的性能进行了实验测试。现分别叙述如下:(1)柔性铰链机械特性建模与分析。本文基于弹性力学理论对柔性铰链静态机械性能进行了计算,建立了柔性铰链刚度、旋转精度、最大力矩和最大转角等数学模型;对柔性铰链相关动态机械特性进行了计算,建立了柔性铰链固有频率、疲劳强度数学模型;使用有限元和实验的方法对本文建立的数学模型的准确性进行了验证,结果验证了本文建立的柔性铰链数学模型的准确性;应用本文建立的柔性铰链数学模型对各种不同切口形状的柔性铰链进行了对比分析,分析结果对柔性铰链的设计有着理论指导意义。(2)两轴转动柔性机构设计与分析。为了设计适用于快速反射镜的两轴柔性机构,首先对两轴柔性机构进行了技术指标分析;设计了两轴柔性机构整体方案,并对其刚度进行了建模;应用本文建立的柔性铰链数学模型选择合适的柔性铰链切口形状,并对其几何尺寸进行优化设计,然后将柔性铰链集成到柔性机构的设计当中,设计了满足性能指标的两轴转动柔性机构;最后采用有限元方法对此柔性机构进行了仿真分析,验证了其静态和动态的各项机械性能指标。(3)快速反射镜设计与分析。本文依据总体技术指标,首先对快速反射镜系统技术指标进行了分析;接下来对快速反射镜系统的反射镜组件、支撑组件、驱动组件、传感器组件、基座和底板进行了详细的分析和设计;然后对其关键元件音圈电机和电涡流传感器进行了选型;最后完成设计并加工装调一套高精度快速反射镜系统。(4)快速反射镜性能测试。搭建了快速反射镜性能指标测试系统,对快速反射镜系统的静态和动态指标进行了测试。结果表明,本文设计的快速反射镜系统角度分辨率达到了1?rad,重复性误差为1.5?rad,工作带宽为213Hz。本系统的各项静态指标和动态指标都达到了设计要求,测试结果也进一步验证了本文建立的基于柔性机构的快速反射镜系统设计模型和方法的准确性。
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/61629
专题	中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
推荐引用方式 GB/T 7714	徐宁. 基于柔性机构的快速反射镜研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所),2018.

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