音圈式快速伺服刀架的分析与设计

自由曲面光学零件面形复杂,快刀伺服车削加工是其高效加工手段.针对压电陶瓷型伺服刀架行程小,加工能力有限的问题,提出一种基于音圈式直线电机驱动的快刀伺服方案.音圈式快速伺服刀架行程大,可大大拓宽快刀伺服加工范围.以典型光学零件加工为例,对快速伺服刀架所应具备的关键性能指标进行分析,给出了音圈电机的结构,对音圈式伺服刀架进行了理论建模、控制器设计以及实际性能测试.测试结果表明,所设计的音圈式伺服刀架行程大、频响高,在刀架行程为±100μm时可达到300Hz的频响能力,同样行程下的频响指标优于国外同类产品.     

音圈电机驱动的超精密快刀伺服系统的性能研究

基于快刀伺服系统的超精密金刚石车削加工技术是光学自由曲面高效率、高精密的加工手段。本文介绍了一种新的音圈电机驱动的超精密快刀伺服系统,行程达到30mm,最大加速度为920m/s₂。通过实验手段获得了系统的运动模型,来用于控制器的设计。针对一类典型的光学自由曲面-微透镜阵列进行了加工,并对加工结果进行了测试与分析。测试结果表明,所研制的快刀伺服系统达到了加工技术要求,为以后该系统在实际加工中更广泛的应用研究打下了基础。     

音圈电机驱动的快刀伺服系统性能测试

研发了一种新的音圈电机驱动的超精密快刀伺服系统,行程达到30mm,最大加速度为920m/s2。通过实验手段获得系统的运动模型,用于控制器的设计。针对一类典型的光学复杂结构曲面-微小透镜阵列进行加工,并对加工结果进行测试与分析。测试结果表明,所研发的快刀伺服系统达到了加工技术要求,为该系统在实际加工中更广泛的应用打下了基础。     

微结构阵列超精密车床快刀伺服装置及试验研究

各种微结构阵列在LED照明、液晶显示、光学仪器等领域得到了广泛的应用,但其结构细微复杂且形状表面质量要求高,其加工工艺技术研究引起了广泛的关注。本文提出压电陶瓷驱动结合柔性铰链作为刀架的快刀伺服装置,建立快刀伺服系统的机电耦合模型,研究各系统参数对系统性能的影响规律,基于有限元仿真对铰链结构参数进行优化;通过激光位移传感器测试刀具输出位移的线性度;利用研制的快刀系统和超精密车床在红铜材质的圆柱面上进行正弦网格微结构加工,加工结果表明所设计的快刀系统能够准确有效地加工出结构复杂的微结构阵列。     

快轴伺服系统的设计与性能测试

研制了用于加工非回转对称光学元件的快轴伺服系统(FAS)的整体结构及其控制系统,系统具备较大行程和高工作频率,最大的行程可达到30mm。系统采用了音圈电机驱动的气体静压轴承技术、线性电流放大器、高分辨率编码器以及高速控制系统。对不同截面形状气浮导轨的静、动态特性进行了有限元分析。系统采用PID反馈和速度/加速度前馈控制方法来改善系统的动态性能。FAS系统0.1mm阶跃响应的上升时间为2ms,最大超调量为0.4%,稳态时间为4ms,对铝件进行超精密切削实验,表面粗糙度可达Ra24nm,实验结果表明系统具有较好的动态和切削特性。     

光学阵列器件的慢刀伺服车削加工技术

慢刀伺服技术是相对于快刀伺服提出的方法.采用C轴、X轴、Z轴联动的方法在极坐标或圆柱坐标内进行加工.光学阵列如微透镜阵列、微反射镜阵列在高速数据、声音和视频信号传输中具有重要作用.将光学阵列看作一个自由曲面,使用慢刀伺服车削技术一次加工成形,可以解决传统加工中将光学阵列分块加工后拼装和调整的困难.但是由于光学阵列表面形状复杂,其表面法线的突变可能会使机床运动超出伺服轴执行能力.根据慢刀伺服加工技术的特点,建立了伺服轴执行能力限制曲线,研究了不同刀具半径补偿方式对加工的影响.实验结果表明,根据机床伺服轴执,厅能力合理选择刀具半径补偿方式可实现微光学阵列器件高精度加工.     

基于Zernike多项式拟合的自由曲面车削误差补偿技术

慢刀伺服车削技术是一种特殊的创成加工方法,采用C轴、X轴、Z轴联动的方式在极坐标或圆柱坐标内可车削加工自由曲面光学元件。但是由于各种误差因素的影响,使用慢刀伺服技术仅加工一次获得的光学元件可能不满足精度指标。为此需要研究能够进一步提升慢刀伺服车削加工精度的误差补偿技术。Zernike多项式是面形分析与光学分析之间的理想接口工具,因此本文使用Zernike多项式拟合的方法处理慢刀伺服车削加工的误差,并根据慢刀伺服加工技术的特点,建立慢刀伺服车削加工的误差补偿算法。实验结果表明,基于Zernike多项式拟合的慢刀伺服车削加工误差补偿技术可有效地针对加工中产生的特定误差进行补偿,从而提高自由曲面车削加工精度。     

应用细小离子束加工小型精密光学零件

随着现代光学技术的发展,全频段误差控制已成为高精度光学零件制造的一个基本要求.基于小磨头抛光原理的先进修形技术虽然能有效修正低频面形误差,但对于中高频段的面形误差难以修正.中高频误差成为了现代光学加工普遍关注的难点.理论研究表明,减小小磨头尺寸可以提高工艺对中高频误差的修正能力,进一步提高光学加工精度.本文针对中高频面形误差的控制问题,开展细小离子束修形工艺研究,研究了获取小束径离子束的引束机理和引束结构,初步实现了稳定的细小离子束,针对某小型精密光学元件的具体加工问题,仿真研究了不同束径的加工效率和加工残差,并选择最优束径对元件进行了加工试验,使元件的精度从初始的0.111λrms减小到了0.015λrms(λ=632.8nm).     

超高精度离子束抛光工具设计与性能分析

为了解决高精度光学修形问题,进行离子束抛光工具的设计与性能分析研究。通过开展离子束抛光工具设计方法的研究、聚焦离子光学系统结构设计和离子束流特性的分析,进行计算机仿真研究和中和器一体化设计;研制聚焦离子光学系统和中和器,并采用15mm和10mm的聚焦离子光学系统进行修形加工实验,将口径150mm的熔石英平面镜从初始面形误差RMS15.58nm修正到RMS0.79nm。结果证明了聚焦离子光学系统设计的有效性,一体化离子束抛光工具具有亚纳米精度的修形能力。     

基于模糊PID控制的交流伺服系统设计与仿真

概述模糊控制在交流伺服系统中的应用,介绍了交流伺服系统的工作原理,在此基础上设计一个具有位置反馈的交流伺服控制系统,并引入基于Fuzzy推理的模糊PID控制策略,以提高控制系统的智能性、鲁棒性、快速性和准确性,最后对该伺服系统进行计算机仿真。实验结果表明,这样既可以提高响应速度又可以防止超调,明显改善系统的动态和静态性能,并且鲁棒性强。     

慢刀伺服加工环曲面的刀具路径规划方法

如何规划刀具路径、进而获得高质量的数控加工代码,是应用慢刀伺服技术加工环曲面的关键技术之一。提出了基于等距面规划刀位点轨迹的刀具路径规划方法,推导了外凸环曲面的面形方程及其等距面方程,对比分析了两种导动曲线及两种数据点离散方法,优选了刀具路径规划方案,应用VB.net语言编写了慢刀伺服加工环曲面用数控代码生成软件,在Vericut平台上对数控代码进行了仿真验证,直观地展示了虚拟加工面相对理论曲面的残留区域,仿真结果验证了方法的可行性。结果表明:将外凸环曲面方程中的非一次常数项a变为a+r_d,即得到外凸环曲面的等距面方程;所提刀具路径规划方法适用于慢刀伺服加工外凸环曲面;该方法对应用慢刀伺服技术加工其他面型的光学镜面具有借鉴价值。     

PMSM位置伺服系统新型融合控制策略

针对PMSM位置伺服系统存在非线性、强耦合等特征,提出了一种基于分数阶PID和分数阶滑模控制的新型融合控制策略。通过检测位置误差、速度及负载转矩,归一化处理后带入构造的二次性能指标函数,根据其数值动态改变分数阶PID和分数阶滑模控制器输入到被控对象控制量的权重值大小,从而确保提出的新型融合控制策略具有快速跟踪和抗扰动能力。数值仿真实验结果表明:新型融合控制策略比分数阶PID和分数阶滑模控制拥有优良的动静态性能和较好的鲁棒性。     

基于频率选择表面的雷达天线隐身应用研究

降低雷达天线的RCS而又保证雷达自身正常工作已成为目标隐身技术中的一个关键课题。介绍了由十字型振子单元构成的带阻式频率选择表面(FSS)的选频特性,探讨了FSS在低RCS抛物面天线和低RCS卡塞格伦天线中的工程应用,分析了应用于主、副反射面天线的隐身性能,最后得出2点结论,并指出在副反射面天线的工程应用中更容易实现。     

电液伺服系统的仿真与自校正PID控制器的设计

对一个试验用电液伺服系统进行了理论建模和仿真研究 ,引入了一个非线性状态方程模型来描述电液伺服系统的动态特性 .通过仿真结果与实际系统的响应相比较 ,验证了所建立的理论模型的准确性 .在此仿真模型基础上 ,设计了一个适用的自校正PID控制器 ,并且对其控制特性进行了仿真研究     

基于前馈控制与反馈控制的位置伺服研究

针对机械臂动态惯量变化大,伺服控制电机定位精准、响应速度快等需求,位置环采用前馈控制和传统PID反馈控制相结合技术,建立控制系统的数学模型和控制策略,搭建了无刷直流电机全闭环控制系统的硬件。该伺服控制系统在参数变化、建模不准确时具有更高的动静态性能和鲁棒性。实验结果验证,使用位置前馈控制策略具有快速的动态响应和高精度定位特性。本伺服控制系统能够克服传动机构的间隙,可应用于关节机器人控制系统和随动设备中,具有广泛的应用前景。     

基于SVPWM控制技术的高炮随动系统仿真

小口径高炮随动系统的特点是体积小、重量轻,要求反应迅速、控制精度高,采用交流驱动模式及直流驱动模式各有其优缺点,分析了基于SVPWM控制技术的永磁交流同步电机(PMSM)在小口径高炮随动系统中的应用。利用Simulink仿真语言,构建某型小口径高炮随动系统SVPWM控制技术仿真模型,对其控制过程进行仿真分析。仿真结果表明,采用SVPWM控制技术,在小口径高炮随动系统结构趋于小型化、重量减轻、体积缩小的前提下,响应速度快、控制精度高,能够满足战技指标要求。     

一种基于方位时延的水下被动目标运动分析算法研究

设计了一种新型的水下被动目标运动分析系统.以测得的方位序列和到达不同传感器的时间差为基础,建立了状态方程和观测方程,运用扩展卡尔曼滤波算法,对系统进行了分析.通过蒙特卡罗模拟仿真实验结果表明,此算法具有收敛速度快、精度高、稳定性好等优点,有着良好的实际应用前景.