RIXS线站臂架系统结构和运动的设计与优化

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随着科学技术的不断进步,第三代同步辐射技术在其光源参数以及实验方法等方面得到质的提升,共振非弹性X射线散射(Resonant Inelastic X-ray Scattering,RIXS)技术也因此从理论可行实现实际应用的转变,并在诸多领域发挥其极其重要的作用,成为一种研究物质微观结构科学且有效的研究手段。国外基于RIXS探测技术的研究使用,并在诸多领域获得较大的研究成果。我国也逐渐对RIXS线站的建设加以重视,并将其纳入“十二五”重大科技基础设施项目,研制首套采用RIXS技术的实验装置对我国RIXS技术的发展具有极其重要的作用。本论文针对RIXS线站系统的设计要求,主要进行了以下四个方面的研究:1)RIXS线站功能需求分析;2)RIXS线站本体结构设计;3)RIXS线站本体结构有限元分析及优化;4)RIXS线站的电气系统设计。首先介绍RIXS探测技术的光学实验原理,对RIXS线站的功能需求进行分析,并依据其实验条件的要求对RIXS线站的机械结构和控制系统进行方案设计,同时依据其技术协议对其机械结构和电气系统提出相应的要求,从而保证RIXS线站系统的可靠性。其次针对功能需求和机械系统的要求,对RIXS线站进行相应的结构设计,并阐述各结构的功能;随即进行反馈测量系统、真空系统以及隔振系统进行相应的设计并对其关键元件进行详细的设计、计算以及选型,从而满足RIXS线站的实验要求。然后借助有限元的分析方法,采用ANSYS仿真软件对所设计的机械结构进行静力学和模态的仿真分析和结构优化,从而提高RIXS系统的机械结构的强度和刚度,提高结构的稳定性。最后对RIXS线站的电气系统进行相应的设计,选取倍福工控机作为控制器,绘制其电气原理图,选取相应的低压电气元器件,并针对其运动控制进行模糊控制器的设计与仿真,提高其运动控制的精度与稳定性,从而保证电气系统的可靠性。本文对RIXS线站的结构、电气控制、测量反馈控制以及隔振的研究,为我国自主研制首套RIXS线站系统提供了可借鉴的信息。
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