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压电陶瓷驱动FSM三自由度柔性支撑设计

方楚 郭劲 徐新行 王挺峰

方楚, 郭劲, 徐新行, 王挺峰. 压电陶瓷驱动FSM三自由度柔性支撑设计[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2987-2994.
引用本文: 方楚, 郭劲, 徐新行, 王挺峰. 压电陶瓷驱动FSM三自由度柔性支撑设计[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2987-2994.
Fang Chu, Guo Jin, Xu Xinhang, Wang Tingfeng. Design of three DOFs flexure support for FSM driven by piezoelectric ceramics[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(10): 2987-2994.
Citation: Fang Chu, Guo Jin, Xu Xinhang, Wang Tingfeng. Design of three DOFs flexure support for FSM driven by piezoelectric ceramics[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(10): 2987-2994.

压电陶瓷驱动FSM三自由度柔性支撑设计

基金项目: 

长春市科技计划(2013270)

详细信息
    作者简介:

    方楚(1990-),男,博士生,主要从事光学精密仪器方面的研究。Email:cfang1990@hotmail.com;郭劲(1964-),男,研究员,博士生导师,主要从事激光与物质相互作用技术方面的研究。Email:guojin1964@126.com

    方楚(1990-),男,博士生,主要从事光学精密仪器方面的研究。Email:cfang1990@hotmail.com;郭劲(1964-),男,研究员,博士生导师,主要从事激光与物质相互作用技术方面的研究。Email:guojin1964@126.com

  • 中图分类号: TH741

Design of three DOFs flexure support for FSM driven by piezoelectric ceramics

  • 摘要: 为了有效吸收反射镜偏转造成驱动点的横向位置偏差,保护压电陶瓷驱动器,抑制反射镜在非工作方向上的自由度,提高系统谐振频率,设计了基于压电陶瓷驱动的快速反射镜三自由度柔性支撑。首先根据压电陶瓷驱动的快速反射镜对柔性支撑的设计要求确定了由支撑杆与支撑片组成的三自由度四周式柔性支撑方案,再利用压杆稳定性理论与变形能法对支撑杆与支撑片进行参数设计,最后利用workbench对设计结果进行分析。有限元分析结果表明,直径1 mm、长度8 mm的柔性支撑杆的应用可以使压电陶瓷的剪切位移减少86.7%,柔性支撑片的应用使反射镜一阶模态为轴向平移振动,谐振频率为360 Hz,二三阶模态为反射镜两轴偏摆振动,谐振频率为420 Hz,而高阶模态在1 000 Hz以上。三自由度柔性支撑可以有效防止压电陶瓷受到剪切破坏,提高快速反射镜结构谐振频率,有利于提高系统闭环带宽。
  • [1] Xin Wu S C, Chen Wei, Yang Minghui, et al. Large angle and high linearity two dimensional laser scanner based on voice coil actuators[J]. Review of Scientific Instruments, 2011, 82(105103):1-7.
    [2]
    [3]
    [4] Xu Xinhang, Gao Yunguo, Yang Hongbo, et al. Large diameter fast steering mirror on rigid support technology for dynamic platform[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(1):117-124.(in Chinese) 徐新行,高云国,杨洪波,等.车载大口径刚性支撑式快速反射镜[J]. 光学精密工程, 2014, 22(1):117-124.
    [5] Zhou Ziyun, Gao Yunguo, Shao Shuai, et al. Design of fast steering mirror using flexible hinge[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(6):1547-1554.(in Chinese) 周子云,高云国,邵帅,等.采用柔性铰链的快速反射镜设计[J]. 光学精密工程, 2014, 22(6):1547-1554.
    [6]
    [7] Yang Shouwang, Wan Qiuhua, Sun Ying, et al. Image scanning system of aerial camera base on VCM[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(5):1540-1544.(in Chinese) 杨守旺,万秋华,孙莹,等.音圈电机驱动的航空相机相面扫描系统[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(5):1540-1544.
    [8]
    [9] Kluk D J. A advanced fast steering mirror for optical communication[D]. US:Massachusetts Institute of Technology, 2007.
    [10]
    [11]
    [12] Wu Xin. Research on high-performance fast steering mirror[D]. Wuhan:Huazhong University of Science and Technology, 2012.(in Chinese) 吴鑫.高性能快速控制反射镜研究[D]. 武汉:华中科技大学,2012.
    [13]
    [14] Nanhu Chen B P, Wen J T, Scott Barry, et al. Modeling and control of a fast steering mirror in imaging applications[C]//6th Annual IEEE Conference on Antomation Science and Engineering, 2010.
    [15]
    [16] Loney G C. Design of a small-aperture steering mirror for high-bandwidth acquisition and tracking[R]. Lincoln Laboratory Massachusetts Institute of Technology, 1990.
    [17] Lu Yafei, Fan Dapeng, Fan Shixun, et al. Design of two-axis elastic support for fast steering mirror[J]. Optics and Precision Engineering, 2010, 18(12):2574-2582.(in Chinese) 鲁亚飞,范大鹏,范世珣,等.快速反射镜两轴柔性支承设计[J]. 光学精密工程, 2010, 18(12):2574-2582.
    [18]
    [19] Wang Yonghui. Research on structure design of fast steering mirror and its dynamic characteristics[D]. Changchun:Changchun Institute of Optics, Fine Mechnics and Physics, Chinese Academy of Sciences, 2004.(in Chinese) 王永辉.快速控制反射镜及其动态特性研究[D]. 长春:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 2004.
    [20]
    [21] Yao Jiantao, Li Lijian, Yang Wei, et al. Analytical calculation of compliance matrix for right-circular flexure spherical hinge[J]. Optics and Precision Engineering, 2014, 22(7):1857-1863.(in Chinese) 姚建涛,李立建,杨维,等.直圆柔性球较柔度矩阵的解析计算[J]. 光学精密工程, 2014, 22(7):1857-1863.
    [22]
    [23] Wu Yingfei, Zhou Zhaoying. Deduction of design equation of flexure hinge[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2004, 25(1):125-128.(in Chinese) 吴鹰飞,周兆英.柔性铰链转动刚度计算公式的推导[J]. 仪器仪表学报, 2004, 25(1):125-128.
    [24]
    [25] Chen Hongda, Chen Yonghe, Shi Tingting, et al. Light weight and mounting design for primary mirror in space camera[J]. Infrared and Laser Engineering, 2014, 43(2):535-540.(in Chinese) 陈洪达,陈永和,史婷婷,等.空间反射镜的轻量化及支撑设计研究[J]. 红外与激光工程, 2014, 43(2):535-540.
    [26]
    [27] Jin Zhongmou. Machnics of Materials[M]. Beijing:China Machine Press, 2008.(in Chinese) 金忠谋.材料力学[M]. 北京:机械工业出版社, 2008.
  • [1] 武永见, 刘涌, 孙欣.  柔性支撑式空间反射镜胶接应力分析与消除 . 红外与激光工程, 2022, 51(4): 20210496-1-20210496-5. doi: 10.3788/IRLA20210496
    [2] 赵磊, 柳秋兴, 胡博, 王虎, 梁亮, 卢恒.  单轴半蝶形柔性铰链在快速反射镜中的设计与应用 . 红外与激光工程, 2021, 50(10): 20210118-1-20210118-10. doi: 10.3788/IRLA20210118
    [3] 吴松航, 董吉洪, 徐抒岩, 于夫男, 许博谦.  快速反射镜椭圆弧柔性铰链多目标优化设计 . 红外与激光工程, 2021, 50(4): 20200286-1-20200286-9. doi: 10.3788/IRLA20200286
    [4] 方连伟, 史守峡, 蒋志勇.  柔性支撑快速反射镜伺服机构的参数辨识 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20200303-1-20200303-11. doi: 10.3788/IRLA20200303
    [5] 李小明, 王桂冰, 张立中, 王天宇, 张天硕.  单反式光端机反射镜柔性支撑参数化设计与试验 . 红外与激光工程, 2020, 49(4): 0414003-0414003-7. doi: 10.3788/IRLA202049.0414003
    [6] 艾志伟, 嵇建波, 王鹏举, 李静, 周皓阳.  两轴柔性支承快速反射镜结构控制一体化设计 . 红外与激光工程, 2020, 49(7): 20190479-1-20190479-8. doi: 10.3788/IRLA20190479
    [7] 汪奎, 辛宏伟, 徐宏, 任天赐.  空间相机快速反射镜的结构轻量化设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 418001-0418001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0418001
    [8] 赵磊, 纪明, 王佳, 赵振海, 王虎.  万向柔性铰链连接快速反射镜的设计与仿真 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 218002-0218002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0218002
    [9] 汪奎, 辛宏伟, 曹乃亮, 石震.  空间相机快速反射镜的两轴柔性支撑结构设计 . 红外与激光工程, 2019, 48(12): 1214005-1214005(8). doi: 10.3788/IRLA201948.1214005
    [10] 王凯迪, 苏秀琴, 李哲, 吴少博.  像移补偿快速反射镜时频特性优化控制 . 红外与激光工程, 2018, 47(S1): 112-118. doi: 10.3788/IRLA201847.S120003
    [11] 吕世良, 刘金国, 周怀得, 梅贵.  星载红外探测器快速反射镜控制系统设计 . 红外与激光工程, 2017, 46(9): 904005-0904005(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0904005
    [12] 方楚, 郭劲, 徐新行, 姜振华, 王挺峰.  适用于FSM系统的菱形微位移放大机构设计 . 红外与激光工程, 2016, 45(10): 1018004-1018004(7). doi: 10.3788/IRLA201645.1018004
    [13] 范磊, 王志, 曹玉岩.  基于力矩主动校正的反射镜支撑分析 . 红外与激光工程, 2015, 44(4): 1273-1277.
    [14] 张雷, 丁亚林, 徐正平, 张洪文, 张健, 郭万存.  长条形扫描反射镜的柔性支撑 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3678-3683.
    [15] 王磊, 赵海宾, 余继周, 胡庆荣, 鲁耀兵, 张圆成.  主被动结合激光雷达系统设计与性能仿真 . 红外与激光工程, 2015, 44(S1): 68-72.
    [16] 邓勇, 刘宁, 曹红蓓, 郭龙秋.  基于Nd:YAG激光回馈干涉效应的PZT精密测量技术与系统 . 红外与激光工程, 2014, 43(10): 3434-3438.
    [17] 彭树萍, 于洪君, 王伟国, 刘廷霞, 周子云.  新型快速反射镜伺服系统设计 . 红外与激光工程, 2014, 43(5): 1610-1615.
    [18] 马佳光, 唐涛.  复合轴精密跟踪技术的应用与发展 . 红外与激光工程, 2013, 42(1): 218-227.
    [19] 李海星, 丁亚林, 史磊, 宋玉龙.  两轴正交圆切口单轴柔性铰反射镜支撑结构 . 红外与激光工程, 2013, 42(7): 1765-1769.
    [20] 杨亮, 李朝辉, 乔克.  某空间反射镜支撑装调技术 . 红外与激光工程, 2013, 42(12): 3277-3282.
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-02-05
  • 修回日期:  2015-03-10
  • 刊出日期:  2015-10-25

压电陶瓷驱动FSM三自由度柔性支撑设计

    作者简介:

    方楚(1990-),男,博士生,主要从事光学精密仪器方面的研究。Email:cfang1990@hotmail.com;郭劲(1964-),男,研究员,博士生导师,主要从事激光与物质相互作用技术方面的研究。Email:guojin1964@126.com

    方楚(1990-),男,博士生,主要从事光学精密仪器方面的研究。Email:cfang1990@hotmail.com;郭劲(1964-),男,研究员,博士生导师,主要从事激光与物质相互作用技术方面的研究。Email:guojin1964@126.com

基金项目:

长春市科技计划(2013270)

  • 中图分类号: TH741

摘要: 为了有效吸收反射镜偏转造成驱动点的横向位置偏差,保护压电陶瓷驱动器,抑制反射镜在非工作方向上的自由度,提高系统谐振频率,设计了基于压电陶瓷驱动的快速反射镜三自由度柔性支撑。首先根据压电陶瓷驱动的快速反射镜对柔性支撑的设计要求确定了由支撑杆与支撑片组成的三自由度四周式柔性支撑方案,再利用压杆稳定性理论与变形能法对支撑杆与支撑片进行参数设计,最后利用workbench对设计结果进行分析。有限元分析结果表明,直径1 mm、长度8 mm的柔性支撑杆的应用可以使压电陶瓷的剪切位移减少86.7%,柔性支撑片的应用使反射镜一阶模态为轴向平移振动,谐振频率为360 Hz,二三阶模态为反射镜两轴偏摆振动,谐振频率为420 Hz,而高阶模态在1 000 Hz以上。三自由度柔性支撑可以有效防止压电陶瓷受到剪切破坏,提高快速反射镜结构谐振频率,有利于提高系统闭环带宽。

English Abstract

参考文献 (27)

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