本文關鍵詞： 光柵拼接系統(tǒng) 穩(wěn)定性 位姿檢測 結構設計 控制算法　出處：《重慶大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：啁啾脈沖放大(Chirped-Pulse Amplification,簡稱CPA)是迄今實現(xiàn)超短脈沖激光能量放大的重要技術方案之一。然而CPA壓縮池中光柵的損傷閾值和口徑限制了輸出脈沖的能量。目前性能最好的光柵是多層電介質(zhì)(MLD)全息光柵,但其很難被加工到米量級的大尺寸,所以各國的研究者們大多采用了光柵拼接的方法來獲得大口徑光柵,以提高輸出脈沖的能量。精密陣列光柵的拼接精度及其時空穩(wěn)定性是提供高質(zhì)量的脈沖光束和提高壓縮器裝置性能的重要保障。針對某型激光壓縮器中陣列光柵的應用需求,本文對大口徑精密光柵拼接系統(tǒng)展開研究。探討了基于空間共面理論的非連續(xù)平面相對位姿實時檢測控制理論和方法,考察了環(huán)境激勵與陣列光柵穩(wěn)定性的關系,設計了高穩(wěn)定的光柵拼接系統(tǒng),并制作了樣機進行性能實驗研究。主要研究內(nèi)容如下:1.在研究陣列光柵配對誤差補償關系的基礎上,根據(jù)空間共面原理,提出了一種基于矢量誤差抑制原理的非連續(xù)獨立有界平面相對位姿檢測方法,分析了該檢測方法對檢測裝置零點漂移誤差的抑制水平和檢測穩(wěn)定性,為機電式子光柵相對位姿檢測提供了理論基礎。2.設計了包括支撐結構、檢測方法、反饋控制在內(nèi)的一整套精密光柵拼接系統(tǒng)。論文首先確定了光柵拼接系統(tǒng)的總體方案,并將其機械結構和電氣控制系統(tǒng)許用誤差劃分為3級進行誤差分配;拼接裝置的主體結構采用了后立板和4面體桁架相結合的光柵支撐架,使裝置的振動響應最大位置不出現(xiàn)在光柵面上,并獲得可接受的固有頻率;采用了基于矢量誤差抑制原理的非連續(xù)獨立有界平面相對位姿測量方法對子光柵的空間相對位姿進行檢測,以此作為反饋控制的依據(jù);用鎖存補償法和四點中心差分法對增量式PID控制算法進行改進,提高了光柵拼接控制系統(tǒng)的響應速度和抗干擾能力。3.通過兩個方面的分析,明確了光柵拼接裝置穩(wěn)定性的設計方向:一方面,對陣列光柵的使用環(huán)境進行測試,以獲取使用環(huán)境下的振動激勵和溫度載荷數(shù)據(jù),以實驗環(huán)境測試數(shù)據(jù)為依據(jù),分析了環(huán)境影響因素與陣列光柵穩(wěn)定性之間的關系及其作用形式;另一方面,從光柵方程的一般形式出發(fā),分析了激光壓縮池環(huán)境下光柵偏轉角度對光束指向的影響。4.用動剛度方法確定了光柵拼接裝置結構穩(wěn)定性的薄弱環(huán)節(jié),并對相關參數(shù)進行優(yōu)化設計,以提高拼接裝置的結構穩(wěn)定性;用微分法對光柵拼接裝置的傳動鏈進行分析,通過對傳動機構的優(yōu)化設計降低裝置在繞X轉動方向的誤差傳遞系數(shù),以提高其傳動穩(wěn)定性。5.制作了2×1光柵拼接系統(tǒng)樣機,并進行了性能測試實驗。對于子光柵間的相對位姿,將機電式檢測結果與光斑檢測計算結果相對比,驗證了基于矢量誤差抑制原理的機電式測量方法對獨立非連續(xù)有界平面相對位姿進行測量的檢測性能;通過考察兩光斑相對距離的變化對光柵位姿進行計算,驗證了光柵裝置的自身穩(wěn)定性能;通過比較控制程序開啟與否狀態(tài)下的光柵穩(wěn)定性,驗證了光柵拼接系統(tǒng)的實時穩(wěn)定性性能和控制方法性能。陣列光柵的穩(wěn)定性關系到CPA激光壓縮池打靶成敗的重要因素之一,本文提出的非連續(xù)獨立有界平面相對位姿檢測方法和制作的光柵拼接系統(tǒng)對提升大口徑陣列光柵的穩(wěn)定性具有重要的參考意義。
[Abstract]:In this paper , based on the principle of spatial co - plane , a complete set of precision grating splicing systems , including support structure , detection method and feedback control , is designed . In this paper , the real - time stability performance and the control method performance of the grating splicing system are verified by comparing the stability of the grating under the open or absence of the control program . The stability of the array grating is one of the most important factors for the success or failure of the target of the CPA laser compression pool . The non - continuous independent bounded plane relative pose detection method and the manufacturing grating splicing system have important reference significance for improving the stability of the large - aperture array grating .

【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH74

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本文編號：1501300