纳弧度级柔性角位移调节机构的优化设计

TL99; 针对同步辐射中纳弧度级角位移调节的需求,优化设计并研制出一套冗余并联式柔性铰链转动装置.分析了柔性机构的运动学机理,利用虚位移原理推导出机构的整体静态转动刚度,研究其特性及铰链各参数对其影响.根据拉格朗日方程建立其动力学模型,推导出机构在运动方向的固有频率.建立数学优化模型,进行了机构静态和动态的双目标优化设计,采用基因遗传算法对带有非线性约束条件的目标函数优化求解.利用有限元方法对优化后的机构进行了模态分析,研究了柔性机构的前四阶固有频率和振型.制作出高精度的柔性铰链机构,设计搭建转动调节装置进行实验测试.测试结果表明:柔性角位移调节机构转角可达到0.668°,微调时双向运动重复...

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Published in核技术 Vol. 47; no. 6; pp. 1 - 10
Main Authors 赵高峰, 祝万钱, 张丽敏, 刘芳芳, 金利民, 薛松
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国科学院大学 北京 100049%中国科学院上海高等研究院 上海 201204%中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800 01.06.2024
中国科学院上海高等研究院 上海 201204
中国科学院上海应用物理研究所 上海 201800
Subjects
遗传算法
Nanoradian
Modal analysis
柔性机构
Genetic algorithm
Optimization design
Flexible mechanism
模态分析
纳弧度级
优化设计
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ISSN0253-3219
DOI10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.060101

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Summary:TL99; 针对同步辐射中纳弧度级角位移调节的需求,优化设计并研制出一套冗余并联式柔性铰链转动装置.分析了柔性机构的运动学机理,利用虚位移原理推导出机构的整体静态转动刚度,研究其特性及铰链各参数对其影响.根据拉格朗日方程建立其动力学模型,推导出机构在运动方向的固有频率.建立数学优化模型,进行了机构静态和动态的双目标优化设计,采用基因遗传算法对带有非线性约束条件的目标函数优化求解.利用有限元方法对优化后的机构进行了模态分析,研究了柔性机构的前四阶固有频率和振型.制作出高精度的柔性铰链机构,设计搭建转动调节装置进行实验测试.测试结果表明:柔性角位移调节机构转角可达到0.668°,微调时双向运动重复精度实现±8.91 nrad,角分辨率为15 nrad,1～500 Hz的30 min稳定性(均方根值)为2.72 nrad,机构的一阶固有频率约295 Hz,与理论计算和有限元分析相一致.结果验证了优化设计的柔性机构实现纳弧度级高精度角位移调节的有效性和可靠性.
ISSN:0253-3219
DOI:10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.060101