光柵刻劃機(jī)系統(tǒng)辨識及溫度影響研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代光譜技術(shù)的發(fā)展，光譜儀器在航空航天、天文觀測、生物研究以及國防建設(shè)等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，而衍射光柵則是光譜儀器中的核心器件。光譜儀器的發(fā)展和進(jìn)步與光柵制造技術(shù)水平息息相關(guān)。大行程高精度的衍射光柵必須采用機(jī)械式光柵刻劃機(jī)進(jìn)行制造，作為機(jī)械領(lǐng)域中最為精密的儀器之一，光柵刻劃機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且影響其精度的因素眾多。本文對光柵刻劃機(jī)的關(guān)鍵部件進(jìn)行特性分析，對定位系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)辨識研究，分析溫度變化對光柵刻劃機(jī)的影響規(guī)律，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)償

2、系統(tǒng)研究。
　　 光柵刻劃機(jī)的主體結(jié)構(gòu)包括定位系統(tǒng)、刻劃系統(tǒng)以及測量系統(tǒng)，首先對這三個(gè)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)以及光柵刻劃機(jī)的工作方式進(jìn)行詳細(xì)介紹。然后對光柵刻劃機(jī)的大行程定位和小行程定位的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比分析。為了提高光柵刻劃機(jī)的性能，對其關(guān)鍵部件進(jìn)行特性分析。分別對刻劃系統(tǒng)中的復(fù)合刀架和刀架導(dǎo)軌以及定位系統(tǒng)中的工作臺和工作臺導(dǎo)軌進(jìn)行模態(tài)分析和變形分析，再對粗定位系統(tǒng)和精定位系統(tǒng)進(jìn)行理論建模，分析其系統(tǒng)穩(wěn)定性等特性。
　　 光柵

3、刻劃機(jī)的定位系統(tǒng)直接決定著光柵毛坯的位置，因此定位系統(tǒng)十分重要，為了分析定位系統(tǒng)的特性，對其進(jìn)行系統(tǒng)辨識研究。對原始定位數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)插補(bǔ)以及歸一化處理后，采用兩種方法進(jìn)行系統(tǒng)辨識研究。第一種方法是基于ARX模型的系統(tǒng)辨識，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)先辨識模型的階數(shù)再辨識模型的參數(shù);第二種方法是基于理論模型的系統(tǒng)辨識，首先根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立一個(gè)簡化的動力學(xué)模型，然后在這個(gè)模型的基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)辨識。這兩種辨識結(jié)果的對比結(jié)果表明，不同的辨識結(jié)果適用于不同的應(yīng)

4、用環(huán)境。
　　 光柵刻劃機(jī)作為一個(gè)納米級精度要求的系統(tǒng)，環(huán)境溫度變化對其精度也會造成一定的影響。為了研究溫度變化對光柵刻劃機(jī)精度的影響規(guī)律，首先采用有限元方法進(jìn)行溫度變形分析，然后再對溫度-誤差數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，采用了兩種建模方式。其一是基于遺傳算法的多項(xiàng)式建模，在參數(shù)迭代時(shí)使用了逐步優(yōu)化方法計(jì)算最優(yōu)的遺傳算法參數(shù);其二是基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模方法。建模結(jié)果驗(yàn)證了溫度對光柵刻劃機(jī)的影響是一個(gè)相對緩慢的過程。在此基礎(chǔ)上建立溫度補(bǔ)償