基于主动支撑技术的薄主镜低阶面形误差校正研究

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主动支撑技术在大口径地基望远镜系统中已广泛应用。它的出现革命性的改变了工程师们对主镜刚度的苛刻要求。本文讨论主动支撑技术对弯月型薄主镜低阶面形误差的校正能力。目的在于通过有限元计算分析出镜面对不同模式低阶面形误差的补偿能力。通过主动支撑技术控制镜面面形达到配合能动磨盘高精度加工的目的。同时在镜面加工中可以一定量的忽略某种模式的面形残余量。最后通过主动支撑技术产生该模式的镜面变形,使面形残余量得到校正。本课题面向1.2m口径薄主镜分别从机械结构、控制系统和修正力求解算法等三个方面进行了主动支撑系统设计。讨论加工中的气压驱动支撑装置和整个支撑系统的工作原理。本文主要分析了薄主镜低阶面形误差校正的数学模型。对薄主镜低阶Zernike模式变形;修正力计算的数学模型;响应矩阵的计算模型;拟合误差对修正力求解的数学模型等问题进行了理论推导。提出修正力“合力”和“合力矩”不为零的情况下平衡修正力的计算方法。通过有限元计算37组基变形得到的响应函数中相关项对求解Zernike模式变形修正力产生的严重影响。证明了微弱的拟合误差对求解修正力的影响。通过变形残差的PV和RMS值评价两种方法得到以下结果:对于修正Zernike第5、6项变形时面形Z坐标值法优于Zernike系数法;对于修正Zernike第10、11项变形则两种方法得到的结果基本相同。根据37组基变形的局限性讨论基变形对求解修正力的影响。将求解响应矩阵的基变形组数从37组分别增加至61,73和97组。发现增加基变形会增加响应函数非线性部分。响应函数中非线性部分的增加使增加基变形后的Zernike系数法优于之前的结果。针对4m主镜设计加工中的主动支撑系统讨论大口径多点支撑力耦合问题。最后,简述整个论文工作的主要研究内容、结论和创新点。
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