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)行探測任務之前需要在地面進行非常精確的定標實驗,而現(xiàn)階段無法通過已有的放射源進行精確定標,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探測器的定標需求。γ射線是通過電子束與激光進行碰撞發(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行高精度的碰撞。通過對國內(nèi)外微機電系統(tǒng)(MEMS)發(fā)展現(xiàn)狀的研究,論文設(shè)計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實驗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)定碰撞點處放一個YAG熒光靶,讓激光和電子束打在熒光靶上產(chǎn)生熒光效應,出現(xiàn)兩個可見光斑,通過康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)來改變激光光路,進而改變激光光斑在熒光靶上的位置,最后讓兩個光斑達到要求的重合度。為了實現(xiàn)對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)角定位精度需要達到6×10-4度。論文選用具有納米分辨率的壓電陶瓷電機作為驅(qū)動元件,設(shè)計無機械摩擦、無間隙、結(jié)構(gòu)緊湊的柔性鉸鏈作為傳動元件,以保證機械結(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相機和顯微鏡頭來對熒光靶上激光和電子束的光斑位置進行檢測,以保證兩個光斑的重合度。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)來對光斑位置進行快速、穩(wěn)定和準確的調(diào)節(jié)。論文對康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)進行有限元分析,結(jié)果顯示其最大應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)動剛度誤差,并用誤差數(shù)據(jù)對理論計算結(jié)果進行補償,建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù),通過Simulink進行仿真來驗證整個系統(tǒng)的可行性。最后通過實驗對比PID算法和模糊PID算法的控制效果,發(fā)現(xiàn)模糊PID控制算法適應性更強,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】：微機電系統(tǒng) 柔性鉸鏈 壓電陶瓷 視覺檢測 模糊PID
【學位授予單位】：河北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：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)中各項技術(shù)指標的提出18-20
• 2.3 康普頓光源精密調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實現(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)計算27-30
• 3.2.3 單軸直圓型柔性鉸鏈的設(shè)計參量分析30
• 3.3 柔性鏡架的設(shè)計30-34
• 3.3.1 柔性架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計30-33
• 3.3.2 激光反射鏡的設(shè)計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 對圖像進行形態(tài)學處理52-54
• 4.3.2.3 提取光斑中心坐標54
• 4.4 基于視覺反饋運動控制系統(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)的誤差分析和實驗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 實驗和分析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80-84
• 致謝84

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4 牛r，

本文編號：1045497