Study of Software for Optoelectronic Device Coupling System Simulation and Ptimization.pdf

1、以研制光電子器件多自由度耦合對準(zhǔn)系統(tǒng)所需仿真與優(yōu)化軟件包實(shí)際需要出發(fā)，以多體系統(tǒng)動力學(xué)為理論依據(jù)，研究開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的光電子器件耦合平臺仿真與優(yōu)化軟件系統(tǒng)（簡稱OSSO）。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用區(qū)間分析方法研究多體系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，使其成為機(jī)械系統(tǒng)綜合的有力工具。包括：
　　 (1)利用面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)方法研制了光電子器件耦合平臺仿真與優(yōu)化軟件系統(tǒng)。整個軟件使用標(biāo)準(zhǔn)C++語言編寫。其主要特點(diǎn)是：從系統(tǒng)控制的角度，利用觀測

2、器和控制器設(shè)計(jì)約束模塊和控制器（包括相互作用力）模塊，使得系統(tǒng)很容易擴(kuò)充到機(jī)電與控制系統(tǒng)；統(tǒng)一處理剛性體和柔性體；設(shè)計(jì)框架程序，通過繼承實(shí)現(xiàn)擴(kuò)充，接口與實(shí)現(xiàn)分離；采用虛函數(shù)實(shí)現(xiàn)基本的計(jì)算步驟，確保擴(kuò)充新組件時不更改軟件的其他部分。
　　 (2)介紹了OSSO的體系結(jié)構(gòu)及功能。OSSO使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，

3、對虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。軟件的仿真結(jié)果可用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動范圍、碰撞檢測、峰值載荷等，并對機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
　　 (3)研究了以區(qū)間分析為基礎(chǔ)的多體系統(tǒng)運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)模型，研制出了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件。包括：將模板元編程技術(shù)用于現(xiàn)有的基于表達(dá)式模板的多體系統(tǒng)軟件包中，大幅度提高了計(jì)算效率；利用區(qū)間牛頓迭代方法編制高效的區(qū)間線性方程組求解器；利用區(qū)間數(shù)取代部分

4、模板參數(shù)，建立約束庫的區(qū)間分析模型。根據(jù)容許輸出不確定參數(shù)的變化范圍，對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化組合,使多體系統(tǒng)動力學(xué)方法從純分析工具發(fā)展為一種有效的機(jī)械系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)工具，為機(jī)械設(shè)計(jì)提供一種按照性能需求優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)的方法,并利用上述軟件包，根據(jù)性能指標(biāo)研究了多體機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，實(shí)現(xiàn)了一種根據(jù)給定定位精度和工作空間需求優(yōu)化6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的方法。
　　 (4)光電子器件耦合對準(zhǔn)過程中，耦合平臺要求具有多自由度、大行程、高分辨率

5、等特點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的絲杠、導(dǎo)軌傳動機(jī)構(gòu)可以滿足大行程的求，但是由于蠕動爬行、反向間隙等因素限制了分辨率的提高。柔性鉸鏈?zhǔn)且环N結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、無機(jī)械摩擦、無間隙的運(yùn)動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，通過鉸鏈的微量彈性變形提供所需運(yùn)動，具有高精度和高平穩(wěn)性的特點(diǎn)。將大行程的絲杠導(dǎo)軌平臺和高分辨率的柔性鉸鏈微動工作臺相結(jié)合研制了一種光電器件耦合平臺，解決了大行程與高分辨率的矛盾，實(shí)現(xiàn)光纖對接粗、精兩級定位。理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，該耦合平臺的實(shí)際輸出位移線性范圍約