激光精跟踪快速控制反射镜结构优化与分析_丁少行
解析分光计快速调节的难点与技巧
２ 结语
关 于 分 光 计 的调 节 和使 用 一 直 以 来 都 是 实 验 的 重 点 、 难 点 ， 本 文 详 细 归 纳 了 实 验 过 程 中出 现 的 困难 并 给 出 了相 应 的 既 合 理 又 快 速 的 解 决 方 法 ， 以保 证 在 规 定 学 时 内顺 利 完 成 实验 ．
度 盘 面也 不 平 行 的情 况 下 ． 先 调 节 双 面 反 射 镜 的镜 面 使 之 与 度 盘 面 垂 直 ， 如 图 ５所 示 ． 设 某 一 面 反 射 的 绿 十 字 像 位 于 图 ５（ａ ） 所 示 位 置 ， 另 一 面 反 射 的绿 － ｔ － 字 像 位 于 图 ５（ ｂ）所 示 位 置 ： ．调 节 螺 丝 使 绿 Ａ － 字 像 位 于 图 ５（ Ｃ）所 示 位 置 （ ９ ． Ｃ ＋ ： ） ／ ２处 ， 则 另 一 面 反 射 的绿
参 考 文献
［ １ ］ 王小怀． 分光 计调 节和使用 中的困难及解决措 施［ Ｊ ］ ． 实验 室研 究与探 索， ２ ０ ０ ７ ， ２ ６ （ ２ ） ： ３ ５ ． ［ ２ ］ 夏湘芳 ， 陈光伟 ， 李陵伶． 分光计的激光辅助调 节装 置［ Ｊ ］ ． 物理实验 ， ２ ０ ０ ７ ， ２ ７ （ ４ ） ： ３ ４ ．
［ 责 任编 辑 ： 闫
昕］
Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｄｉ ｆ ｆ ｉ ｃ ｕ ｌ ｔ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｃｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｉ ｎ Ｏｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｐｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ
［ ３ ］ 王爱芳 ， 杨 田林． 普通物理 实验 ［ Ｍ］ ． 青 岛： 中国海洋大 学出版社 ， ２ ０ ０ ７ ．
光电精密跟踪中的复合轴系统及子轴控制的研究
光电精密跟踪中的复合轴系统及子轴控制的研究随着现代工业的发展，越来越需要更精确地控制机器轴系统，以满足更高精度的工业作业。
光电跟踪技术是一种利用目标符号识别、光学系统或传感器和机电一体化等技术实现机器轴系统（例如直线导轨系统）运动控制的现代工控制系统。
由于其高精度、快速响应、节省开支等优点，光电跟踪技术在机械加工、航空航天、汽车制造及其他工程应用领域得到了越来越多的应用。
复合轴系统是光电精密跟踪技术的关键因素之一，包括子轴和主轴。
轴系统中主控制轴线定义了运动控制系统中的工作位置和运动轨迹，而子轴控制轴线可以使物体和仪器旋转、平移以及变形，使得物体的运动的准确性和精确度得到提高。
因此，研究分解复合轴系统中子轴控制，使其得到准确的控制，对于保证光电精密跟踪的普遍应用具有重要的意义。
子轴控制器可以通过电机连接和旋转实现，以控制复合轴系统工作位置。
在复合轴系统中，子轴控制系统可以实现准确控制，通过调整角速度及角位置，从而实现复合轴系统的多维空间控制。
为了实现子轴控制，对子轴电机的性能进行优化，以确保其获得良好的空间性能，特别是在运动控制系统中使用电机进行高精度控制时，其性能较为关键，当轴系统处于一定载荷、低温、湿环境下时，电机的精度还会逐渐降低。
因此，研究和优化子轴电机的力学性能和控制算法，对于提高复合轴系统的稳定性和精度具有重要的意义。
根据上述分析，研究复合轴系统以及其中的子轴控制，对于推动光电精密跟踪技术的广泛应用，具有重要意义。
研究者不仅要分析复合轴系统及其旋转、平移等变形，还要研究子轴控制器的力学性能和控制算法，优化其电机性能，以确保机器轴系统的正常运行和精确控制。
实际上，研究子轴控制将有助于提高光电精密跟踪技术的精度，从而为机械加工、航空航天、汽车制造及其他工程应用技术提供解决方案。
快速反射镜研究现状及未来发展
度和数字控制是快速反射镜的发展趋势$
关键词：快速反射镜；支撑结构；结构设计；控制性能
中图分类号:TN209
文献标志码：A
DOI：10.5768/JAO201940. 0301003
Research progress and development trend of fast steering mirror
第40卷第2期 2019年3月
应用光学 Journal of Applied Optic;
文章编号：1002-2082(2019)02-0373-07
快速反射镜研究现状及未来发展
Vol. 40 No. 2 Feb. 2019
王震，程雪岷
(清华大学深圳研究生院精密仪器系，深圳518055)
摘要：快速反射镜具有体积小、定位精度高、带宽高、响应速度快等优点，被广泛应用于激光通
-374 -Biblioteka 应用光学第40卷第2期
量反射镜的角度偏转量并反馈给控制系统 ；集成 控制算法的驱动控制系统可根据角度测量值闭环
控制驱动元件使反射镜实现可控角度偏转％
的场合，如空间光通讯、天文望远镜、激光武器%
音圈 电机磁铁
音圈 电机线圏
反射镜
冈
柔性轴
角位移 传感器
■W
基座
图1 FSM工作原理 Fig. 1 Schematic diagram of FSM
收稿日期=2018-08-06 ；修回日期=2018-10-07 项目基金：深圳市科技创新委知识创新计划项目(JCYJ20160428182026575；JCYJ20170412171011187) 作者简介：王震(1993 —"，男，硕士研究生，主要从事自动控制研究％ E-mail: zwangl 6 @ mails. tsinghua. edu. cn
!振动环境下的快速反射镜精跟踪系统
激光与红外Ｎｏ．１ ２００８
邓耀初等振动环境下的快速反射镜精跟踪系统
１３
嘲４ Ｓ１８８０ ＰＳＤ Ｆｉｇ．４ ｔｈｅ Ｓ１８８０ １１ＳＤ
实验选用ＴＩ公司的高速定点运算ＤＳＰ ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７作为系统的处理器，其运算速度为 ３０ＭＩＰＳ（Ｍｉｌｌｉｏｎ Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ Ｐｅｒ Ｓｅｃｏｎｄ，每秒百万条 指令）。 ３．２实验结果
［２］ 岳冰，杨文淑，傅承毓．空间光通信中的快速反射镜精 跟踪实验系统［Ｊ］．光电工程，２００２，２９（２）：３５—３８．
振动环境下的快速反射镜精跟踪系统
作者：
作者单位：
刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
邓耀初， 贾建援， 陈贵敏， 刘亚琴， DENG Yao-chu， JIA Jian-yuan， CHEN Gui-min ， LIU Ya-qin 邓耀初,贾建援,陈贵敏,DENG Yao-chu,JIA Jian-yuan,CHEN Gui-min(西安电子科技大学机 电工程学院,陕西,西安,710071)， 刘亚琴,LIU Ya-qin(西安应用光学研究所,陕西,西安 ,710065)
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２
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通过测量ＰＳＤ输出端电流，按照式（１）和式（２）
便可计算出入射光点的位置（戈，Ｙ）。
万方数据
２．３闭环控制器 系统要求具有极强的实时性，否则由于相位滞
后，控制效果将会受到严重影响。因此在快速反射 镜精跟踪系统中，单片机难以达到实时性要求，选用 高速ＤＳＰ作为系统的处理器。
图３ ＬｉＩ ｏ Ｆ…ｓ…Ｍ棚…２一－０．２型＝匕快ｖ速、反Ｊ‘射ｏ掊ｚ＾ｉ月，ｓＪＲ。
光电跟踪系统的精密跟踪定位控制技术
CATALOGUE目录•引言•光电跟踪系统概述•精密跟踪定位控制技术•基于图像处理的自动跟踪定位技术•基于红外成像的自动跟踪定位技术•基于激光雷达的自动跟踪定位技术•总结与展望研究背景与意义光电跟踪系统在军事、航空航天、工业自动化等领域具有广泛的应用价值。
精密跟踪定位技术是光电跟踪系统实现其功能的关键所在。
研究光电跟踪系统的精密跟踪定位控制技术有助于提高系统的性能和精度，具有重要的现实意义和理论价值。
国内外研究现状及发展趋势国内外学者针对光电跟踪系统的精密跟踪定位控制技术进行了大量研究。
目前，该领域的研究热点主要集中在提高系统精度、稳定性和响应速度等方面。
随着人工智能、机器学习等技术的不断发展，光电跟踪系统的精密跟踪定位控制技术将逐渐向智能化、自主化方向发展。
研究内容和方法基于光学原理测量光路长度光电跟踪系统的基本原理系统组成工作过程光电跟踪系统的组成及工作过程跟踪精度响应速度稳定性抗干扰能力光电跟踪系统的性能指标自动控制理论概述自动控制系统的分类自动控制系统的性能要求自动控制系统的基本组成1常用控制器及其控制算法23PID控制器是最常用的控制器之一，其控制算法基于比例、积分、微分三个基本控制环节。
PID控制器及其控制算法模糊控制器是一种基于模糊逻辑理论的控制算法，适用于具有不确定性和复杂性的系统。
模糊控制器及其控制算法神经网络控制器是一种基于神经网络理论的控制算法，具有自学习、自组织和适应性强的特点。
神经网络控制器及其控制算法03混合控制策略精密跟踪定位控制策略01基于模型的控制策略02基于学习的控制策略图像处理技术概述图像处理技术的定义01图像处理技术的应用02图像处理技术的发展趋势03系统需求分析基于图像处理的自动跟踪定位系统设计系统架构设计关键技术分析实验设置为了验证基于图像处理的自动跟踪定位系统的性能和精度，实验采用了实际场景中的视频数据进行测试。
实验中，系统对视频中的目标进行了自动检测和跟踪。
激光武器光电跟踪瞄准系统的设计与仿真
本科毕业设计论文题目激光武器光电跟踪瞄准系统的设计与仿真专业名称学生姓名指导教师毕业时间2014年6月西北工业大学明德学院本科毕业设计论文毕业 任务书一、题目光电跟踪瞄准控制系统的分析与设计二、指导思想和目的要求1．利用已有的专业知识，培养学生解决实际工程问题的能力；2．锻炼学生的科研工作能力和培养学生的攻关能力；三、主要技术指标1．详细分析光电跟踪瞄准控制系统组成和机理；2．设计光电跟踪瞄准控制系统；3．对所设计的光电跟踪瞄准控制系统进行仿真验证及分析；四、进度和要求第01周----第02周： 英文翻译；第03周----第05周： 光电跟踪瞄准控制系统机理研究；第06周----第07周： 熟悉Matlab/Simulink 等相关软件；第08周----第13周： 设计光电跟踪瞄准控制系统；第14周----第16周： 建立控制系统仿真模型进行验证分析；第17周----第18周： 撰写毕业设计论文，论文答辩；五、主要参考书及参考资料1.张秉华，张守辉.光电成像跟踪系统[M].成都：电子科技大学出版社.2.刘廷霞.光电跟踪系统复合轴伺服控制技术的研究[D](博士学位论文)，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所.3.王建立.光电经纬仪电视跟踪捕获快速运动目标技术的研究[D](博士学位论文)，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所.4.冯艳平.星间光通信ATP 跟踪控制环路研究及FPGA 实现[D](硕士学位论文)，电子科技大学.学生 指导教师 系主任设计论文摘要近年来，随着精确制导武器技术的不断发展和作战样式的改变，以美国为首的西方发达国家纷纷把发展精确制导武器的重点转向了防区外中远程精确打击武器之上。
发展“高能激光武器系统”可有效对抗中远程精确打击武器这一新的作战目标。
本文重点在于激光武器装备中，精密捕获、跟踪、瞄准系统的分析与设计。
它与一般光电测量系统的区别在于，它不仅要求将运动目标稳定跟踪在规定视场内，而且要求将光束锁定在目标某一点上。
应用于运动平台光电跟瞄系统的惯性参考单元研究综述
第 32 卷第 3 期2024 年 2 月Vol.32 No.3Feb. 2024光学精密工程Optics and Precision Engineering应用于运动平台光电跟瞄系统的惯性参考单元研究综述李醒飞1，2，何梦洁1，拓卫晓1，2*，王天宇1，韩佳欣1，王信用1（1.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072；2.深海技术科学太湖实验室，江苏无锡 214000）摘要：目标的变化和任务的拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求，从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台是光电跟瞄系统的重要发展趋势。
基于惯性参考单元（Inertial Reference Unit，IRU）的视轴稳定方式是克服运动平台高频扰动，实现光电跟瞄系统微弧度甚至亚微弧度级跟瞄的主要技术手段。
针对运动平台光电跟瞄系统精确指向对载体基座扰动抑制的需求，分析和对比了IRU的各种技术方案，特别介绍了利用低噪声、宽频带惯性传感器敏感角扰动，并通过反馈控制实现视轴惯性稳定的系统方案。
从此类IRU系统的工作原理出发，阐述了系统的两种工作模式及功能特点，建立了系统数学模型。
然后，介绍了IRU的国内外研究进展及发展方向，指出惯性传感、支承结构和控制系统是决定IRU稳定能力的关键因素，梳理了三项关键技术的研究动态。
最后，总结了IRU的空间应用情况，并结合目前的应用需求对其未来应用领域进行了探讨。
关键词：惯性参考单元；运动平台；光电跟瞄系统；视轴稳定；扰动抑制中图分类号：V19 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20243203.0401Review on inertial reference unit applied to photoelectric tracking and pointing system of moving platform LI Xingfei1，2，HE Mengjie1，TUO Weixiao1，2*，WANG Tianyu1，HAN Jiaxin1，WANG Xinyong1（1.State Key Laboratory of Precision Measurement Technology and Instruments， Tianjin University，Tianjin 300072， China；2.Taihu Laboratory of Deepsea Technological Science， Wuxi 214000， China）* Corresponding author， E-mail： tuoweixiao@Abstract： The evolution of objectives and the broadening of tasks have heightened the need for swift ma⁃neuverability in the photoelectric tracking and pointing system. Shifting from ground⁃based to diverse mo⁃bile platforms such as vehicles, ships, aircraft, and spacecraft marks a significant trend in the development of photoelectric tracking and pointing systems. The stabilization of the line of sight using an inertial refer⁃ence unit (IRU) is essential to counteract the high⁃frequency disturbances encountered on these mobile plat⁃forms, enabling the system to achieve tracking accuracy at the micro⁃radian or even sub⁃micro⁃radian level. 文章编号1004-924X（2024）03-0401-21收稿日期：2023-06-30；修订日期：2020-08-10.基金项目：国家自然科学基金资助项目（No.62203322）；中国博士后科学基金资助项目（No.2022M712372）；深海技术科学太湖实验室“揭榜挂帅”项目资助项目（No.2022JBGS03001）第 32 卷光学精密工程This paper delves into various IRU implementation strategies to mitigate disturbances from the carriers, ensuring precise aiming of the photoelectric tracking and pointing system on moving platforms. It highlights a system design that employs low noise and wideband inertial sensors for angle disturbance detection and achieves line of sight stabilization via feedback control. The document details the system's operational modes, functional features, constructs its mathematical model, and reviews both domestic and internation⁃al research advancements and future directions in IRU technology. It emphasizes that inertial sensing, sup⁃port structures, and control systems are critical to IRU's stabilization performance, and it organizes the lat⁃est research trends in these three vital areas. Conclusively, the paper outlines the spaceborne applications of IRU and explores potential future application domains, considering current demands.Key words： inertial reference unit；moving platform；photoelectric tracking and targeting system；line-of-sight stabilization； disturbance suppression1 引言在天文观测［1］、激光通信［2］和量子通信［3］等领域，目标的变化和任务拓展对光电跟瞄系统提出了快速机动的要求，从地基平台到车载、船载、机载、星载等运动平台拓展是光电跟瞄系统的重要发展趋势。
激光跟踪仪应用功能提升分析
激光跟踪仪应用功能提升分析摘要：在精密测量领域中，激光跟踪仪设备的应用优势极强，不仅可以满足大尺寸三维化的测量影响，还能够实现对运动测量目标的跟踪和检测，在航空航天、医疗机械等领域中有十分重要的应用。
在提升激光跟踪仪设备的应用功能过程中，可辅助使用测量笔来减少测量过程中的位置偏差和角度偏差，这对进一步优化激光跟踪仪应用与测量等具有重要参考意义。
在此背景下，本文通过分析激光跟踪仪的基本结构和应用原理，对表面刻线检测进行详细分析，探讨其应用功能提升。
关键词：激光跟踪仪；应用功能提升；分析引言：随着激光测量技术的快速发展，在许多装配与检测等工作中有了更加广泛的应用，有效突破了在零件生产中二维图纸和三维实际间的误差。
在航空装配工程中，激光跟踪仪设备凭借灵活高效的优势发挥了重要作用，包括检测、校准等工作中都需要使用激光跟踪仪设备来辅助。
在航空装配夹具的定位调装工作中，技术人员需在目标件上打出定位孔，并将靶球座零件置入其中，但由于曲面变化的影响，在测量应用中的精准度不足，需要做好激光跟踪仪的应用功能提升与优化。
一、激光跟踪仪的结构与原理概述（一）基本结构激光跟踪仪系统包括PC微机、控制主机、跟踪站和目标镜等，在实际监测过程中，跟踪站会收集和检测目标镜的实际运动情况，采集方向、坐标等信息传输给控制主机，并按照其发出的操作指令实现跟踪站的响应，确保激光束能够随目标镜同向移动，始终保证从中心位置处入射。
这种动态跟踪与检测的运行方式，使激光跟踪仪设备可以较好地完成检测目标的运动捕捉、跟踪，实际应用优势更加突出。
在激光跟踪仪设备中，使用了球坐标系来进行检测目标的坐标定位，通过水平、垂直和角度等信息的共同确定，更有利于满足在测量过程中对空间曲面的有效分析[1]。
在激光跟踪仪的辅助设备中还包含有反射靶球、靶球座等，在实际测量过程中，技术人员可以使用测量笔来实现辅助应用，通过发射激光至靶球座和靶球中心形成检测光通路，整体结构组成更加简单。
激光跟踪仪测量数据分析误差及改进方法研究
692022年3月上 第05期 总第377期0.引言激光跟踪测量系统（Laser Tracker System）又称激光跟踪仪，是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。
它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标值。
它同时具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等优点，适合于大尺寸工件配装测量。
为了便于携带，一套激光跟踪仪系统分为跟踪部、跟踪仪控制机、应用处理机和靶标4个主要部分组成[1]。
民机行业应用最为广泛的激光跟踪仪包括Leica AT 和LTD 系列，如图1所示，此设备测量精度为±（15μm+ 6μm/m），通常使用的靶标半径为6.35mm，如配合测量辅助底座，则所测点高度提升至7.9375mm，多台测量设备联网可建立更大范围测量系统。
目前激光跟踪仪主要用于对飞机装配关键尺寸要素进行测量，如蒙皮外形、长桁轴线、拉紧接头、座椅滑轨、水平测量点、起落架安装交点等。
激光跟踪仪在大部件交付验收、飞机总装对接等工作中发挥着必不可少的作用。
图1 激光跟踪仪激光跟踪仪测量工作主要内容包括建立测量基准坐标系、部/组件调整定位、在已建的坐标系下进行现场实物测量、获得实测数据、进行数据分析、最终产品结构尺寸质量分析评判并形成测量报告。
与之对应，那么测量工作的误差主要有基准误差、部件定位误差、测量过程误差和数据分析误差等。
在这里我主要研讨在进行数据分析的过程中可能存在的误差，同时该误差与之前的每一项工作中存在的误差都有着密不可分的联系，通过分析我们也能更加明确他们的相互关系。
实际工作中，我们都是通过获取点的三维坐标值来进行测量和分析的，但不同的测量项目选取点的方式也不尽相同。
按照是否存在理论坐标值可分为确定点和不确定点（测量时无法找出确定的点位，对于所测点也不能确定其理论坐标值）；按照测量内容可分为点位置的测量、平面位置的测量和曲面外形的测量。
提高万向轴系式快速反射镜指向精度的装置
中图分类号 ： ＴＨ７ ０ ３
文 献标 识 码 ： Ａ
ｄ ｏ ｉ ： ｉ ０ ． ３ ７ ８ ８ ／ ＯＰ Ｅ ． ２ ０ １ ５ ２ ３ ０ ６ ． １ ６ ８ ８
Ｄｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｉ ｍ ｐｒ ｏ ｖ ｉ ｎｇ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｅ ｃ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｆ ａ ｓ ｔ ｓ ｔ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ｍｉ ｒ ｒ ｏ ｒ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｐ ｈｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｇ ｅ ｍｅ ｌ
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摘要 ： 为 了减 小 万 向轴 系式 快 速 反 射 镜 （ Ｆ Ｓ Ｍ） 的轴向间隙 ， 改善 Ｆ Ｓ Ｍ 系 统 的指 向 精 度 ， 设 计 了一 种 轴 系 间 隙 消 除 装 置 。
在 明 确 万 向轴 系 式 Ｆ Ｓ Ｍ 结构原理的基础上 ， 分析 了 Ｆ Ｓ Ｍ 系 统 指 向 误 差 的来 源 。然 后 ， 设计 了轴系间 隙消除装 置 ， 计 算
ｐ ｒ ｉ ｎｃ ｉ ｐｌ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ＦＳＭ ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｐｈ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｇ ｅ ｍｅ ｌ ｗａ ｓ ａ ｎａ ｌ ｙｚ ｅ ｄ ａ ｎｄ ｔ ｈｅ ｅ ｒ ｒ ｏ ｒ ｓ ｏ ｕｒ ｃ ｅ ｓ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕｅ ｎｃ ｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｐ ｏｉ ｎｔ ｉ ｎ ｇ
音圈快速反射镜的完全跟踪控制
６１６７３３６５);中国科学院前沿科学重点研究计划资助 项 目(
No．
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Ｇ
“十三五”空军预研专用技术项目(
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SC０４４);中国科学院青年创新促进会会员项目(
No．
２０１７２５７);
No．
３０３０６)
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TP２７３ 文献标识码:
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３７１８８/OPE．
２０２０２８０９．
１９９７
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基于快速反射镜的精跟踪控制系统的设计
基于快速反射镜的精跟踪控制系统的设计
胡丹
【期刊名称】《科技创新与应用》
【年(卷),期】2016(000)012
【摘要】文章建立了一套基于PSD的高精度二维快速反射镜（FSM）精跟踪系统。
通过对快速反射镜基本原理的分析，建立了相应的数学模型，最终搭建出控制系统的模型，在Matlab中对模型进行仿真，整定出适合的PID参数，使得最后的定
位精度小于5滋rad。
【总页数】1页(P45-45)
【作者】胡丹
【作者单位】南京理工大学自动化学院，江苏南京 210094
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于SOPC Builder的空间光通信ATP精跟踪控制器的设计实现
2.基于FPGA
的精跟踪控制系统的设计与实验3.基于ARM的快速反射镜鲁棒控制系统设计与实现4.基于dsPIC的精跟踪控制系统设计5.基于自校正控制的空间光通信精跟踪系
统设计
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可微动的快速控制反射镜（ Fast Steering Mirror，简 称 FSM） 。 主跟踪架具有大惯量、 大转动角度的特点， 但精度低；FSM 系统具有快速响应、高精度的特点， 但工作角度范围小；二者结合可扬长补短，能够实现 大工作角度范围的快速高精度 ATP 技术指标 [6]。 地基不稳、机架谐振、大气湍流、风吹干扰等对 激光传播产生的波动影响，可以通过调整 FSM 角度 进行抑制，以达到校正和稳定光轴的目的，其已普遍 应用在包括成像系统、空间光通信、自适应光学、激
根据快速控制反射镜使用要求， 选取合适的加工材 料，建立了优化数学模型进行拓扑优化， 根据分析确定 了镜面厚度为 2 mm 和背部筋宽为 1 mm，优化处理后 质量降低了 57.8%， 有限元仿真分析结果表明优化处理 后的反射镜结构变形及谐振频率均满足设计要求， 而且 实际测试表明快速控制反射镜系统满足最终使用要求， 为以后类似零件的设计提供指导作用。 参考文献：
find: ( 1 , 2 ,..., n )T T min : C ( ) U F s.t. : KU F m fm0 0 min i max 1 i 1, 2, …, n
(1)
式中：ρi 为单元的相对密度；n 为结构单元总数； C 为结构柔度； F 为力向量； U 为位移列阵； K 为结 构刚度矩阵； m 为优化后结构总质量； m0 为初始结构 总质量； f 是质量保留百分比； ρmin 和 ρmax 分别为单 元相对密度最小极限值和最大极限值。
3
图 1 复合轴结构 Fig.1 Structure of compound axial
优化后模型提取及尺寸分析
质量分别保留为 80%， 60%，40%时拓扑优化结 果见图 3，可知固定螺钉孔周围以及穿过固定螺钉孔 的环形区域为重要部分，需要保留，而反射镜中心部 分是可去除部分。
图 2 快速控制反射镜外形 Fig.2 The shape of FSM
Structural Optimization and Analysis of Fast Steering Mirror for Laser Fine Tracking
DING Shao-hang1,2, SAN Xiao-gang1, GAO Shi-jie1, WANG Tao1,2, SANG Zhi-xin1,2, NI Ying-xue1,2, WANGJing1
第9卷 第2期 2017 年 03 月
JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING
精
密
成
形
工
程
87
应用技术
激光精跟踪快速控制反射镜结构优化与分析
丁少行 1,2，伞晓刚 1，高世杰 1，王涛 1,2，桑志昕 1,2，倪迎雪 1,2，王晶 1
（ 1.中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春 130033； 2.中国科学院大学，北京 100049） 摘要：目的 对快速控制反射镜进行结构优化与处理，获得满足设计要求的轻量化结构。方法 选取合适的 加工材料，建立以结构柔度最小为目标的优化数学模型进行拓扑优化，对优化后提取的结构模型进行处理 和有限元仿真分析。结果 通过优化与分析，确定了反射镜最终结构，模拟分析结果表明，镜面最大变形量 为 2.7 nm，基频为 4130.3 Hz，均满足设计要求。优化前后相比，结构质量降低了 57.8%。结论 优化结果较 好满足了设计要求，对于类似结构的设计具有一定的参考作用。 关键词：快速控制反射镜；结构优化；有限元仿真分析；轻量化 DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2017.02.017 中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2017)02-0087-04
收稿日期： 2017-02-13 作者简介： 丁少行（1988—），男，在读博士研究生，主要研究方向为机械设计及优化。
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精
密
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光精密加工、天文望远镜等在内的多个领域 [7—12] 。 FSM 角度调节由微小驱动器驱动柔性零件完成，对 FSM 进行轻量化设计，降低其转动惯量，不仅可以 提高响应速度和精度，还有利于降低驱动器工作力 矩，而且有利于柔性零件设计，因此对激光精跟踪快 速控制反射镜进行结构优化和分析具有重要意义。
c f=40%
2
优化数学模型
图 3 拓扑优化结果 Fig.3 Result of topology optimization
变密度法是一种应用广泛的连续体拓扑优化方 法之一， 优化过程中将优化区域有限元模型单元的材
根据拓扑优化结果，对结构模型进行处理，可以 得到初始优化模型见图 4a。结合反射镜定位方式、 装配要求以及加工工艺，对结构模型进一步处理，可
结论
4
频率特性
对优化处理后的反射镜结构进行有限元模态分 析，前 4 阶固有频率分别为 4130.3，4307.3，8654.0， 10 081.0 Hz，前 4 阶振型见图 6。结果表明，反射镜 基频为 4130.3 Hz，远远大于快速控制反射镜系统所 要求的谐振频率， 因此优化处理后的反射镜结构满足 设计要求。
a f=80%
b f=60%
反射镜材料的选取需要考虑多方面因素， 具体包 括良好的面形精度、良好的机械加工和光学加工性 能、较高的比刚度、低膨胀系数和良好的导热性、无 毒安全性以及经济便捷性等。选用 6061 铝合金作为 反射镜材料，材料密度为 2700 kg/m3，弹性模量为 68 GPa，泊松比为 0.33。
第9卷
第2期
丁少行等：激光精跟踪快速控制反射镜结构优化与分析
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以得到最终优化模型见图 4b。为获得能满足设计要 求的最优轻量化结构， 针对反射镜不同镜面厚度和不 同背部筋宽的结构模型进行有限元仿真分析， 结果显 示， 在一定程度上加大镜面厚度和背部筋宽可以加大 反射镜结构刚度，减小变形量，但厚度达到一定程度 后改善程度减小，反而会降低轻量化程度，加大结构 质量，加大自重对变形的影响。最终，将镜面厚度定 为 2 mm， 背部筋宽定为 1 mm， 变形分布云图见图 5， 最大变形量为 2.7 nm，满足设计要求。拓扑优化前反 射镜质量为 135.4 g，优化后质量为 57.1 g，减轻了 57.8%。
[1] 王瑞凤, 张彦朴, 许志艳. 激光技术军事应用的现状及
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