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大口径光栅拼接误差控制技术研究

【摘要】:在惯性约束聚变快点火等科研领域的需求背景下,产生超强超短激光脉冲来满足快点火等的要求条件成为无数科研人员孜孜以求的目标。啁啾脉冲放大技术作为目前高能短脉冲激光装置普遍采用的技术,其压缩光栅的口径和损伤阈值成为限制输出能量进一步增加的瓶颈,由于制作单一整块大口径光栅的技术难度大且代价昂贵,因此采用拼接的方法来增大光栅的口径成为各国研究者研究的热点。本文针对环境振动和环境温度变化对光栅拼接误差影响的不同机理,提出了采用分级控制的方法来实现对光栅拼接误差的控制来实现其稳定性的要求,并围绕这一方法展开了系统的研究,主要研究内容如下: 1、从环境振动对光栅拼接误差的影响特性分析入手,研究宽频环境激励下光栅拼接架的结构响应,采用负刚度隔振台实现了宽频激励下光栅拼接架结构响应的控制,并实验验证了其控制效果。 2、针对光栅拼接对拼接精度、快速性和稳定性等高要求的特点,以及在稳定性闭环控制时存在一定的非线性、时变不确定性等特性,本文对传统的单神经元网络自适应PID控制算法进行了改进:采用变神经元比例系数K值的方法来取代常量K值的学习算法对光栅拼接进行闭环控制。仿真结果表明:运用本文改进的控制算法较传统控制算法具有更好的动态性能指标(较快的上升时间和较小的超调量),可将其应用到光栅拼接稳定性控制实验研究中。 3、在对环境振动的控制以及改进的单神经元网络自适应PID闭环控制算法研究的基础上,在光栅拼接系统上采用压电驱动器+电容传感器控制的方式实现了对由环境温度变化引起的光栅拼接低频漂移的控制。 4、最后在自行搭建的光栅拼接平台上进行了相关实验验证。实验结果表明:采用本文提出的控制方式以及改进的PID控制算法不仅能使光栅拼接具有更小的拼接误差,而且能使其长时间保持稳定,同时也验证了改进的算法较传统算法在光栅拼接中的有效性及实用性。

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