基于壓電陶瓷驅(qū)動的精密偏轉(zhuǎn)定位技術(shù)研究.pdf

1、衛(wèi)星激光通信是以激光為傳輸媒介，在衛(wèi)星之間建立光通信鏈路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，是當(dāng)今空間通信重點發(fā)展方向。在衛(wèi)星激光通信中，捕獲、瞄準(zhǔn)及跟蹤(APT)技術(shù)是最為關(guān)鍵的技術(shù)之一，而在APT系統(tǒng)中，精密偏轉(zhuǎn)定位技術(shù)是核心技術(shù)之一，它直接決定了通信鏈路能否建立以及通信系統(tǒng)的性能。
　　本課題以衛(wèi)星精瞄偏轉(zhuǎn)定位技術(shù)為應(yīng)用背景，在分析國內(nèi)外精密偏轉(zhuǎn)定位技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對其中的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，包括精密偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計、精密偏轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)力學(xué)建

2、模與有限元分析、壓電陶瓷驅(qū)動控制技術(shù)等方面，并建立了精密偏轉(zhuǎn)定位實驗系統(tǒng)，進行了相關(guān)實驗研究。
　　針對精密偏轉(zhuǎn)定位系統(tǒng)的特點和要求，提出了系統(tǒng)設(shè)計方案，偏轉(zhuǎn)機構(gòu)采用3點驅(qū)動方式，以壓電陶瓷為驅(qū)動元件，以壓電陶瓷內(nèi)置應(yīng)變片為傳感器，通過柔性鉸鏈的彈性變形實現(xiàn)反射鏡面的偏轉(zhuǎn)運動。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，實現(xiàn)無摩擦、無間隙的傳動和高精度、高動態(tài)響應(yīng)的偏轉(zhuǎn)輸出。
　　對精密偏轉(zhuǎn)定位機構(gòu)進行了力學(xué)分析和尺寸優(yōu)化。在求得柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)單元剛度的

3、基礎(chǔ)上，通過單元剛度矩陣集成得到柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)的總剛度矩陣，并建立了機構(gòu)的振動微分方程，得到機構(gòu)固有頻率的一般解析表達(dá)式。運用有限元分析方法，對偏轉(zhuǎn)機構(gòu)在偏轉(zhuǎn)姿態(tài)下反射鏡面的扭曲變形進行建模，得到鏡面平面度與相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，對尺寸參數(shù)進行優(yōu)選，以滿足固有頻率和扭曲變形要求。
　　針對壓電陶瓷驅(qū)動和系統(tǒng)閉環(huán)控制的要求，對驅(qū)動控制系統(tǒng)進行了研究。設(shè)計了壓電陶瓷驅(qū)動器，并運用閉合斜率理論對容性負(fù)載下驅(qū)動電路的穩(wěn)定性進行了分