康普顿光源Ⅲ激光光路高精度调节系统的研究

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1、分类号：TH744密级：UDC：621编号：201421202097河北工业大学硕士学位论文康普顿光源Ⅲ激光光路高精度调节系统的研究论文作者：任东城学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：李铁军职称：教授刘今越副教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringRESEARCHONHIGHPRECISIONADJUSTINGSYSTEMFORLASERLIGHTPATHOFCOMPTONLIGHTSOURCEIIIbyRenDo

2、ngchengSupervisor:Prof.LiTiejunA.Prof.LiuJinyueMay2017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

3、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：摘要进入二十一世纪以来，世界各国的航天事业蓬勃发展，我国以国家发展的现实需求和长远目标为导向，制订了诸多航天发展的战略与规划，而中国航天事业的快速发展无疑对服务于航天工业的设备提出了越来越严苛的技术指标，X/γ探测器是航天探测领域的一种有效载荷，其在诸多太空探测活动中扮演着关键角色。但目前已有标定源难以满足其在航

4、天探测应用中的精度要求。因此迫切需求一种单色性好，并且在KeV～MeV范围内能量连续可调的光源来满足航天探测器高精度定标的要求。当入射光子与高速电子碰撞时将发生康普顿散射产生γ光子，通过这一途径，有可能获取符合要求的γ光源。通过分析，需要设计一种激光光路高精度调节系统。通过系统调节，可实现激光束与电子束的精确变角度碰撞。本文通过对国内外微定位平台的研究，设计了一种满足要求的激光光路调节系统，对于系统中的核心结构三自由度柔性激光反射镜架进行了详细设计与分析，调节镜架采取柔性铰链传动，压电陶瓷电机驱动的方式，其角位移定位精度可达0.0004°，平动调节精度可达1μm。通过构建调节镜架

5、的伪刚体模型，对镜架机构进行了运动学分析，建立了其位移输出理论方程及刚度模型。通过有限元分析软件，对调节镜架进行了模拟实际工况下应力分布及位移输出的仿真，通过仿真结果与理论结果的对比，验证了理论模型的正确性。为了提高系统定位精度，论文对可能影响激光光路调节系统精度的各类因素进行了理论研究与分析，找出了各类误差作用规律，提出了一定的误差补偿方法。最后通过对激光光路调节系统控制系统的分析，构建了以CCD相机为反馈原件的闭环控制系统，利用Simulink软件对PID控制系统和模糊PID控制系统进行了仿真分析，并搭建了实验平台，仿真与实验结果均证实了模糊自整定PID控制系统的相对优越性。

6、关键词：柔性铰链压电陶瓷电机驱动伪刚体模型有限元分析模糊PID控制IABSTRACTSinceentering21thcentury,spaceflightactivitiesofeachcountrydevelopsprosperously,inChina,alotofstrategiesandprogramsforspaceflightdevelopmentarepreparedwithactualdemandandlongtermobjectiveofnationaldevelopmentofourcountryastheguideline,whilerapiddevelo

7、pmentofChineseaerospaceraiseshigherandhigherrequirementforallkindsofequipmentservingaerospaceindustryundoubtedly,asakindofeffectiveloadforspaceexploration,X/γdetectorplayskeyrolesinallkindsofspaceexplorationactivities.Buttheexistingcalibratio