光柵刻劃機系統(tǒng)辨識及溫度影響研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代光譜技術的發(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等各個領域都有廣泛應用，而衍射光柵則是光譜儀器中的核心器件。光譜儀器的發(fā)展和進步與光柵制造技術水平息息相關。大行程高精度的衍射光柵必須采用機械式光柵刻劃機進行制造，作為機械領域中最為精密的儀器之一，光柵刻劃機結構復雜并且影響其精度的因素眾多。本文對光柵刻劃機的關鍵部件進行特性分析，對定位系統(tǒng)進行系統(tǒng)辨識研究，分析溫度變化對光柵刻劃機的影響規(guī)律，并在此基礎上進行補償

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

3、刻劃機的定位系統(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，對其進行系統(tǒng)辨識研究。對原始定位數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)插補以及歸一化處理后，采用兩種方法進行系統(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)實驗數(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)結構建立一個簡化的動力學模型，然后在這個模型的基礎上完成系統(tǒng)辨識。這兩種辨識結果的對比結果表明，不同的辨識結果適用于不同的應

4、用環(huán)境。
　　 光柵刻劃機作為一個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精度的影響規(guī)律，首先采用有限元方法進行溫度變形分析，然后再對溫度-誤差數(shù)據(jù)進行建模，采用了兩種建模方式。其一是基于遺傳算法的多項式建模，在參數(shù)迭代時使用了逐步優(yōu)化方法計算最優(yōu)的遺傳算法參數(shù);其二是基于廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡的建模方法。建模結果驗證了溫度對光柵刻劃機的影響是一個相對緩慢的過程。在此基礎上建立溫度補償