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基于结构优化的运动平台光学系统视轴稳定研究

作　者: 沈东富
导　师: 刘顺发; 扈宏毅
学　校: 中国科学院研究生院（光电技术研究所）
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 振动失调光学系统光线追迹视轴抖动结构优化
分类号: TH74
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 18次
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内容摘要

运动平台上的光学系统不可避免的产生镜面失调，如何描述振动对失调光学系统光路传输的影响以及如何减小振动对光路传输的影响变得非常迫切，本文利用Matlab符号运算，通过两次坐标旋转和坐标平移得出了失调镜面方程，随后用矢量形式反射定律求出光线经过失调镜面后的方向矢量，通过光线追迹法，用Matlab语言建立了失调光路传输模型，进而建立了视轴抖动模型，该模型明确给出了光线经过镜面反射后与光轴的夹角，为评价光路抖动及减小光路抖动作了铺垫。目前通过结构优化来减小光学系统光路抖动的研究还并无涉及，由于影响光路抖动的因素极其繁多，很难用数学解析式表达出结构尺寸、形状及拓扑结构和光路抖动的关系，即用现有的结构优化方法来减小振动对光学系统光路传输的影响是非常困难的。本文从宏观布局优化光学系统结构，首先用Pro/e建立某经纬仪结构模型，将其提交MSC.Patran_Nastran求解振型，通过观察振型初步得出对系统光路影响最大的镜面。随后以车载振动为参考，分别在x, y,z方向及三个方向同时加载振动得出镜面特征点位移，将位移提交视轴抖动模型得出视轴经过六个镜面后的抖动角度，找出了对系统影响较大的镜面，随后对相应机架及局部结构改进，将优化后的经纬仪模型再次分析，得出视轴抖动比原来大幅减小，即该结构优化方案是可行的，达到视轴稳定的目的。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章绪论  9-16
  1.1 振动对光学系统的影响  9
  1.2 描述失调光学系统光路传输的方法  9-11
    1.2.1 四元数法  9-10
    1.2.2 矩阵光学  10
    1.2.3 光线追迹法  10-11
  1.3 减小振动对光学系统光路传输影响的措施  11-14
    1.3.1 减振器的应用  11
    1.3.2 主动稳定复合控制  11-12
    1.3.3 结构优化  12-14
  1.4 本文的工作  14-16
第二章光线追迹法建立失调光学系统光路传输模型  16-22
  2.1 镜面失调后位置描述  16-19
  2.2 光线追迹法在失调光学系统中应用  19-21
  2.3 本章小结  21-22
第三章结构模型振动的视轴抖动量及结构优化方案  22-45
  3.1 机械振动理论  22-24
    3.1.1 特征值求解  22-23
    3.1.2 振动响应求解  23-24
  3.2 结构模型建立  24-25
  3.3 模态分析  25-28
  3.4 瞬态分析  28-43
    3.4.1 横向振动  29-32
    3.4.2 纵向振动  32-36
    3.4.3 垂向振动  36-39
    3.4.4 三个方向同时振动  39-43
  3.5 优化措施  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章优化后的结构模型视轴抖动分析  45-63
  4.1 模态分析  45-47
  4.2 瞬态分析  47-62
    4.2.1 横向振动  47-51
    4.2.2 纵向振动  51-54
    4.2.3 垂向振动  54-57
    4.2.4 三个方向同时振动  57-62
  4.3 本章小结  62-63
第五章全文总结及展望  63-65
  5.1 全文总结  63
  5.2 研究展望  63-65
参考文献  65-67
作者简介及在学期间发表的学术论文与科研成果  67

基于结构优化的运动平台光学系统视轴稳定研究

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