大面积衍射光栅刻划机多环境元素耦合振动的传递机理与控制技术基础研究

This research proposal focuses on the transmission mechanism and control key technology of multiple environmental elements coupling vibration for large-area diffraction grating ruling engine by theoretical analysis, numerical calculation, simulation modeling and experimental test. For all the possible vibration elements in the working environment of grating ruling machine, we will analysis the coupling action mechanism and establish the coupling mathematical model by theoretical analysis and experimental research. Secondly, in order to obtain the analytical dynamic response model of the grating ruling engine, the whole machine will be divided into a limited number key components and expressed in the way of series and parallel. The research on vibration transmission mechanism in the grating ruling machine will be implemented by theoretical analysis, simulation modeling and experimental test. Then, based on the coupling action mechanism and the vibration transmission mechanism, the vibration control structure and the key control technology of the grating ruling machine is to be explored. Finally, we will build the vibration control system and analyze the performance for the vibration control of the grating ruling engine under the action of single and multi environmental vibration element. The research we will implement can provide theoretical basis for manufacturing high precision vibration isolation platform and necessary theoretical exploration and technical reserves for the improvement of testing and processing accuracy.

本项目围绕大面积衍射光栅刻划机多环境元素耦合振动的传递机理与控制技术展开研究。针对光栅刻划机工作环境中可能产生的各种振动元素，运用理论分析与实验研究相结合的方法，分析探究多环境振动元素对光栅刻划机的耦合作用机制，建立耦合作用理论数学模型；运用化繁为简的方式将光栅刻划机划分为有限个主要部件，以串并联的方式表达整体机构，构建光栅刻划机解析形式的动力学响应模型；运用理论、仿真结合实验的方法探究各振动元素耦合振动在光栅刻划机本体中的振动传递机理；基于多因素耦合作用机制与振动在光栅刻划机本体中的传递机理，形成基于模型参考自适应的光栅刻划机振动主被动复合控制方法；针对形成的振动控制方案，搭建振动控制系统，对不同环境振动因素单独及耦合作用下的振动控制进行实验验证研究。本项目为研制精密仪器设备的高精度隔振平台系统提供理论依据，为提高精密仪器设备的测试和加工精度提供必要的理论探索和技术储备。

开展环境振动元素作用下精密仪器设备振动的传递机理与控制技术研究具有非常重要的理论意义和实用价值。本项目围绕环境振动元素作用下大面积衍射光栅刻划机振动的传递与控制关键技术这一课题展开了相关研究。针对环境振动元素对光栅刻划机的作用机制，重点研究了步行激励不同作用情况对精密机械支撑结构的振动特性，建立了相关作用理论模型，为环境振动元素的振动控制提供了一定的理论支撑。针对振动控制方法，提出了一种新型的磁致负刚度结构，分析了相关参数对结构负刚度的影响，并给出相关的设计实例；同时，对提出的磁致负刚度结构进行最优化设计，大大提高磁致负刚度工作范围的同时也降低了非线性的影响。围绕光栅刻划机超精密定位系统的振动控制，提出了相应的主被动复合振动控制方案，仿真结果表明所提出的振动控制方案能够实现有效的振动控制；围绕光栅刻划机超精密定位系统的运动控制，结合实验与系统辨识方法建立其运动控制理论模型，并运用单神经元-PID控制实现超精密定位机构的控制，获得较好的超精密长行程定位效果。本项目的研究成果拟运用于超精密加工机床的分析、设计以及振动控制中。