卫星激光测距中主镜柔性支撑结构设计及分析

为了降低卫星激光测距中主镜在大温差环境下的面形误差,设计了一种主镜柔性支撑结构,针对柔性铰链结构形式,推导了单边圆弧形柔铰的转角柔度方程,确定了影响柔铰支撑刚度和柔度最敏感的两个参数为柔性铰链的宽度和最薄处厚度,采用有限元法对主镜支撑结构进行了仿真分析,确定了柔性铰链的宽度、最薄处厚度,使主镜在60℃温差环境下具有良好的热尺寸稳定性,结构刚度在工作状态下满足使用要求。在力热耦合状态下,分析结果表明,主镜综合面形误差RMS小于20 nm,主镜刚体位移则控制在6μm以下,并通过主镜面形检测试验进一步验证了仿真分析的正确性。由此,在大温差环境下该柔性支撑结构做到了刚柔兼顾。     

球面镜数控加工中安装误差在线检测及补偿

在光学元件的数控加工中,面形精度是工艺流程的关键指标,而工件的安装误差是影响面形精度的重要因素。基于数控机床的在线检测功能研究了球面光学元件的安装倾斜误差自动补偿问题。首先,基于球面工件安装倾斜的几何模型,将误差的补偿问题转化为工件的球心位置检测问题。然后,根据球面工件测点的同心圆布置算法以及法向探测方式实现球面检测,进而应用最小二乘拟合算法计算球心位置。最后,在口径为280 mm,曲率半径为519.796 mm的凹球面光学元件上进行了验证实验,补偿前后表面最大偏移误差由621.6μm降低至2.8μm。实验结果表明:应用所述算法,可以高效地实现球面安装误差高精度自动补偿。     

基于嵌入式平台控制的变形镜面形展平研究

变形镜是自适应光学系统中最主要的波前矫正器,它可以通过高频地改变镜面的面形来实时补偿波前像差。由压电陶瓷驱动的变形镜在自由状态下并非理想的平坦表面。由这种初始面形误差所产生的光学畸变将严重削弱变形镜闭环控制的性能。在使用变形镜进行光学像差矫正之前,需要首先对变形镜进行镜面展平。本文拟设计一种基于嵌入式平台的变形镜控制系统来实现面形展平和镜面变形。嵌入式平台选用英伟达公司的Jetson Nano开发平台。面形展平的关键环节是需要精确地获得变形镜对每个促动器行程（电压）的光学响应（影响函数）,进而计算出响应矩阵。我们设计了基于Arm多核处理器的多线程算法显著提高了响应矩阵的计算速率。受压电材料的迟滞效应影响,变形镜的展平过程需要进行迭代收敛。经过数次迭代后,变形镜的面形误差RMS值由初始时的0.92λ降低到0.03λ,变形镜获得了比较好的展平效果。该系统的设计不但有利于变形镜系统的商用化,且较大程度地提高了变形镜闭环控制的能力,消除了自适应光学系统中变形镜自身的初始像差。     

直线电机齿槽推力波动的标定与补偿方法

为减小直线电机齿槽推力波动对运动性能的影响,依据齿槽推力波动固有特性,提出基于PID位置控制的齿槽推力波动标定方法及其位置函数构造方法.采用线性插值计算方法建立齿槽推力波动的前馈补偿控制模型,并给出齿槽推力波动的标定结果,对比齿槽推力前馈补偿前后的位置跟踪误差.实验获得的齿槽推力波动幅值为±12N,前馈补偿前后的位置跟踪误差分别为±48μm和±10μm.实际结果表明采用所提方法可提高电机的运动精度和性能.     

剪切干涉仪精密相移系统的研制

设计了一种用于迈克尔逊干涉仪横向剪切相移测量的精密相移系统。该系统采用压电陶瓷驱动器作为驱动元件,通过柔性铰链平移机构推动反射镜实现无摩擦、无间隙微位移。采用电容传感器进行位移反馈测量,利用单片机系统作为中央处理器进行PID闭环控制以实现高精度相移。对相移系统的行程及定位精度进行了测试,当输入阶跃位移信号为80nm时,相移系统输出位移精度小于3nm。当相移系统连续位移2μm,每步位移为80nm时,其输出位移的定位精度小于5nm。实验结果表明,相移系统的行程与定位精度满足剪切干涉仪设计要求。     

精磨光学元件面形的干涉检测技术研究

为解决传统接触式检测方法检测精磨光学元件效率低,精度差的问题,提出了一种采用干涉检测技术对精磨光学元件面形进行测量方法,该方法具有非接触,测量效率高,误差小的特点。干涉检测中干涉条纹的对比度与工作波长成正比,与表面粗糙度成反比,干涉条纹对比度直接影响最终的检测结果。因此首先分析干涉条纹对比度与精磨表面粗糙度之间的关系,证明采用可见光干涉仪对精磨粗糙表面进行检测的可行性,并对利用GPI型数字干涉仪检测精磨粗糙表面进行了实验验证,检测面形结果约为PV 1.5μm,并与红外干涉仪以及接触式轮廓仪测量结果进行了对比,验证结果有效性。最后给出了当粗糙度阈值Rq优于150 nm时,可采用该方法进行检测,具有较高的实用价值。     

电机支架振动性能预测方法研究及验证

为了实现电机支架振动性能的仿真预测,提出了一种基于载荷提取-动态响应仿真联合的分析方法。首先基于矩阵求逆法进行电机动态载荷识别,然后建立有限元模型,将提取到的电机载荷作为激励进行谐响应仿真分析,获得目标点的频响曲线,最后进行试验与仿真的对比,分别比较10～150 Hz频段内的频域相应曲线的拟合程度和RMS值的变化趋势。结果表明：载荷提取试验的测试结果和拟合结果的吻合度较高,载荷精度较高;建立仿真模型与模态测试的固有频率偏差均在5%以内,振型对比的MAC值均在95%以上,说明模型精度较高;工况数据与频响曲线吻合度较高,试验RMS值与仿真RMS值的误差最低仅为5.82%,实现了电机支架振动性能的仿真预测。     

基于正序分量的含PV节点的三相配网潮流算法

随着分布式发电(distributed generators,DG)接入配电网,传统的配电网潮流算法难以满足分布式发电系统潮流计算的要求。针对这一情况,提出一种有效的三相不平衡配电网潮流直接算法,该算法充分利用配电网络的结构特点,基于回路分析法生成的道路矩阵,建立节点电压与注入电流之间的关系矩阵,从而实现配网潮流的直接计算。同时,基于PV节点正序电压幅值保持恒定的特性,提出一种新的处理PV类型DG的方法,该方法基于正序分量方法和道路矩阵,推导得到无功电流和补偿电压之间的关联公式,可非常简单地引入到三相不平衡配网潮流计算算法中,并保证PV节点有功功率和电压幅值为预设定值(假定无功功率没有越界)。通过6母线和69母线算例验证该方法的有效性和通用性。     

基于AMR效应与Si集成的开关芯片制备与设计

采用射频(直流)磁控溅射的方法,在生长了约200nm厚Si3N4过渡层的硅片上制备了NiFe薄膜。采用惠斯通电桥作为磁场的感应部分,设计了惠斯通电桥的尺寸,并通过光刻剥离的技术制备了电桥。研究了NiFe薄膜厚度对电桥敏感特性的影响,确定了厚度为50nm时有较高的灵敏度。将磁电阻敏感单元与信号放大处理电路集成,成功地制作出了磁场感应阀值为160A/m(2Oe)的磁电阻开关芯片。     

波纹管驱动超精密定位平台建模及复合控制

为提高超精密定位平台的行程和精度,设计了一种新型的气动伺服定位平台。金属波纹管为单级驱动机构,采用有限元法设计气浮导轨。以气浮导轨支撑,研究无摩擦条件下的较大行程和精密控制。结合实验数据对波纹管的机械特性进行分析。根据初载曲线,进行参数辨识,建立了基于PI模型的定位平台系统迟滞模型,并对模型进行了验证。为改善系统动态特性,设计了复合控制器。前馈控制基于PI逆模型进行设计,反馈控制采用数字PID控制,并通过粒子群算法进行参数优化。对系统分别进行阶跃响应,锯齿波和正弦波跟踪实验。结果表明,参数优化后,系统阶跃响应的定位精度达到50 nm,平均跟踪误差,锯齿波输入为0.12μm,正弦波输入为0.18μm,能够满足超精密定位的要求。     

Low-order Wavefront Error Compensation for Multi-field of Lithography Projection Objective Based on Interior Point Method

Low-order wavefront error account for a large proportion of wave aberrations. A compensation method for low order aberration of projection lithography objective based on Interior Point Method is presented. Compensation model between wavefront error and degree of movable lens freedom is established. Converting over-determined system to underdetermined system, the compensation is solved by Interior Point Method (IPM). The presented method is compared with direct solve the over-determined system. Then, other algorithm GA, EA and PS is compared with IPM. Simulation and experimental results show that the presented compensation method can obtained compensation with less residuals compared with direct solve the over-determined system. Also, the presented compensation method can reduce computation time and obtain results with less residuals compare with AGA, EA and PS. Moreover, after compensation, RMS of wavefront error of the experimental lithography projection objective decrease from 56.05 nm to 17.88 nm.     

高精度六维激光测量系统误差补偿算法研究

根据极大规模集成电路制造对光刻物镜中敏感光学元件调节机构高精度的调整要求,研究设计了一套基于双频激光干涉仪的高精度六自由度位姿检测测量系统。但由于双频激光干涉仪是一种线性增量式的测长仪器,其固有的机械安装误差及运动平台在工作过程中引入的倾斜或旋转运动都将导致测量光程的变化而产生阿贝误差与余弦误差。为此,根据系统测量原理,采用解析法基于空间齐次变换建立了系统误差补偿数学模型,并深入分析了装调误差对测量精度的影响,实现了调节机构六自由度运动的高精度测量。     

无线卡环式扭矩传感器及测试系统关键技术研究

研究了无线卡环式扭矩传感器及测试系统中的关键技术,建立了卡环式机械结构的力学模型,通过有限元仿真验证了该理论模型的正确性并对结构进行优化;设计并完成了相应的无线扭矩测试系统,提出了一种新型电桥调平方法。实验结果表明,应变传感器自身误差为±2Ω时,新型电桥调平方法的调节精度比不调节时提高了70倍;在±100N·m偏载下,系统的灵敏度为12.5mV/N·m,精度在8‰之内,且重复性和一致性较好。因此,所设计的扭矩测试系统是可行的,为扭矩的非接触测量和工程应用提供了一定的参考意义。     

悬臂式坐标测量机误差分离与补偿的研究

对一台自主设计的,专用于连铸结晶器测量的悬臂式坐标测量机进行研究,分析了影响其精度的主要误差源。用齐次坐标变换矩阵建立测量机的几何误差修正模型,并附加了非刚性误差补偿项。使用激光干涉仪和激光跟踪仪将误差模型中的各项误差给予逐项的分离,经计算后代入误差模型进行补偿。实测结果表明,当测量机沿体对角线运动时,其最大位移误差从补偿前的600μm降低到50μm,因此该补偿方法是有效可行的。     

三坐标检测光学元件曲率半径的误差分析

对光学元件曲率半径的通用检测方法进行评估,理论分析了三坐标系统检测元件曲率半径误差的主要来源、分布以及总和,并通过与激光干涉仪测量结果的对比,明确了三坐标测量系统的检测精度,为铣磨加工阶段进一步修正光学元件曲率半径提供数据支持。首先介绍了三坐标系统检测曲率半径的基本原理,对测量误差的主要来源进行简单分析,获得三坐标系统测量曲率半径的不确定度;阐述了激光干涉仪测量曲率半径的基本原理以及误差来源,并计算了测量不确定度,证实激光干涉仪的理论测量精度优于三坐标系统。然后利用三坐标系统对简单抛光后的F数分别为2.17、1.45、0.923的光学元件进行实际测量,并与激光干涉仪的测量结果进行了比较。最后,对实验结果与理论计算结果进行对比。论文研究结果确定了三坐标系统测量光学元件曲率半径的不确定度,证实了利用三坐标测量曲率半径满足铣磨加工阶段的要求,能够为铣磨加工提供指导;同时研究发现,随着光学元件F数的增加,三坐标和激光干涉仪的测量误差都有增大的趋势。     

A Power Output Estimate of Cylindrically Shaped Flexible Photovoltaic Module with Polygonal Approximation

Flexible photovoltaic (PV) modules have received a great deal of attention for use in PV systems. At present, the most important issue to be resolved is the optimum shape of flexible PV modules for obtaining maximum power output. A design tool specifically tailored for the flexible PV module is required for this purpose. In the present study, a new method is proposed for estimating the power output of a cylindrically shaped flexible PV module, taking into account the uneven irradiation and temperature that occurs for a curved surface. The average irradiation over the area of the entire module is used in the equation of the proposed method. The temperature is calculated based on the root mean square (RMS) of the irradiation over the area of the entire module. The average and RMS of the irradiation are calculated based on the directional dependence of the global horizontal irradiance. The estimated and measured power outputs are compared. The error rate of the total power output is 2.6%, and the mean absolute percentage error of the power output is 6.8%. The proposed method can reduce the amount of calculation to compare with a conventional method having the same mean absolute percentage error.     

基于坐标测量机的双目视觉测距误差分析

本文针对基于坐标测量机的双目视觉方法的测距误差进行了详细的分析 ,误差来源分为 :1 摄像机坐标系与坐标测量机坐标系不正交引起的测距误差 ;2 坐标测量机的机构误差引起的测距误差 ;3 摄像机CCD像面上像元的量化误差引起的测距误差。本文对以上三种误差因素进行讨论 ,给出了相应的误差公式 ,可在实际测量中进一步提高双目视觉方法的测距精度     

双直线电机XY平台的模糊滑模轮廓控制

双直线电机XY平台在加工中负载扰动以及系统参数的变化会使其产生轮廓误差,而且任意轨迹轮廓误差为非线性函数不易进行建模。采用适用于任意轨迹建模的轮廓误差计算法建立双直线电机XY平台的轮廓误差模型并以此误差量作为具有逼近能力模糊滑模轮廓控制器的输入,使误差量在有限时间内趋近于零,以满足XY平台的高精度加工要求.仿真结果表明,所设计的双直线电机XY平台系统具有强鲁棒性和较高的轮廓精度。     

考虑空间相关性的分布式光伏发电出力预测及误差评价指标研究

对于待预测的分布式光伏电站,基于已提出的大规模区域光伏分群方法,提出了筛选良好空间相关性光伏电站群的光伏发电出力预测方法。首先,对待预测电站的出力数据进行了天气类型划分;其次,选择与待预测电站具有相关关系的光伏电站作为相关性从站,并采取ARIMA模型识别待预测电站与从站之间的时间、空间关系,继而对待预测电站的出力进行预测;然后,通过多种预测误差指标对比,提出了更符合光伏预测的误差评价指标,即引用误差,以突显高功率输出的预测精度;最后,通过典型电站以及整个区域里所有分布式光伏用户的滚动预测和误差分析,证明了所提方法的普遍适用性。     

检测电压暂降特征量的有效值算法

在简述电压暂降的基本概念、特征量和起因的基础上,介绍了采用有效值算法获取电压暂降特征量的方法,提供了完整的软件处理流程。通过Matlab仿真,验证了全周期有效值算法和半周期有效值算法的有效性,得出了电压暂降起始时刻和终止时刻的延时误差变化曲线。在对起止时刻精度有较高要求的场合,可以利用该曲线进行误差修正,进而得到更为准确的电压暂降持续时间。