康普顿光源激光光路精密调节系统关键技术研究

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1、分类号：TP27密级：UDC：621编号：201331204038河北工业大学硕士学位论文康普顿光源激光光路精密调节系统关键技术研究论文作者：王福旺学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：李铁军职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESERCHONTHEKEYTECHNOLOGYOFTHEPRECISIONREGULATINGSYSTEMOFLAS

2、ERLIGHTPATHFORCOMPTONLIGHTSOURCEbyWangFuwangSupervisor:Prof.LiTiejunMarch2016原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说

3、明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要二十一世纪以来我国航天工业发展速度迅猛，因此对服务于航天工业的各种装备提出了更高要求，其中X/γ射线探测器作为航天探测的有效载荷，在航天工业的发展过程中有着

4、重要和广泛的作用。在X/γ探测器作为有效载荷列装于空间飞行器之前，必须在地面完成标定试验。目前缺少一种在KeV~MeV范围内能量连续可调，单色性好的γ光源来满足航天探测器的高精度标定需求。通过高能电子束与激光光束碰撞产生的康普顿散射效应是得到γ射线的主要途径。为了获得单色性更好，并且能量连续可调的γ光源，需要让激光束与束腰半径为20μm的高能电子束实现不同夹角角度下的精确碰撞。本文通过对国内外微定位系统以及快速激光反射镜的研究，设计出适用于康普顿光源的激光光路精密调节系统，用于精确调整激光反射角度，使其与高能电子束在设定点准确

5、碰撞。柔性激光反射镜是康普顿光源激光光路精密调节系统的核心部件，精确控制激光光路要求激光反射镜转角的定位精度达到6×10-4度。通过对微定位系统的研究搭建出了以柔性铰链作为传动元件的柔性激光反射镜架。并基于“伪刚体模型”方法建立柔性激光反射镜架的伪刚体模型，进行运动学分析，建立了机构位置输出理论方程。将机构中柔性铰链等效为转动副与扭簧，根据其在机构中的串并联方式，建立机构的输出刚度模型。利用有限元分析软件构建机构有限元模型，对柔性激光反射镜架在工作状况下的应力分布和输出进行了仿真，以验证所建数学模型的有效性。并以此为基础对柔性

6、激光反射镜架沿个运动方向的模态进行分析，验证机械结构设计的合理性。论文中对影响激光光路精密调节系统精度的因素进行了理论研究，找到各类误差的作用规律，并找到有效的补偿误差的方法，为提高系统的定位精度提供依据。搭建了以激光干涉仪作为检测元件的闭环控制系统。并利用Matlab/Simulink软件对常规PID控制系统和模糊自整定PID控制系统进行了仿真分析，仿真结果表明模糊自整定PID控制系统稳定性更好。关键词：微定位平台柔性铰链压电陶瓷驱动有限元分析模糊PIDIABSTRACTAstheaerospaceindustryinour

7、countryhasbeenexperiencingtherapiddevelopmentsincethe21stcentury,differentkindsofequipmentswhichserveinthisindustryarefacedwithhigherrequirements.X/γdetector,thepayloadofspacedetection,playsanimportantandextensiveroleintheaerospaceindustry.BeforeX/γdetectorcanbeasse

8、mbledonspacecraftasthepayload,calibrationexperimentmustbedoneontheground.Forhighprecisioncalibrationrequirementofthespaceprobe,thereisalac