针对激光熔覆修复技术中轴类零件的熔覆变形问题，对自行设计的一组简化阶梯轴进行了熔覆试验，通过对不同熔覆路径下阶梯轴不同测量位置圆跳动的测量与分析，得出变形最小的最优熔覆路径。并用ANSYS有限元分析对试验结果的正确性进行了验证。

Risley棱镜通过共轴独立旋转的方式对扫描视场范围内的光束实现任意指向, 因结构紧凑、指向精度高、功耗低、响应迅速等特点而广泛应用于激光雷达、红外对抗、光学侦察等领域。螺线扫描方式可以满足视场可控、覆盖率可控、周期可控、速度稳定等指标要求。但由于扫描轨迹设置以及受电机最大速度、加速度等因素的限制, 在最大张角和最小张角附近, 棱镜的速度依然存在一定的突变, 造成过大的伺服控制误差。针对此问题, 采用滤波与插值结合的方法优化扫描轨迹。实验表明:优化后棱镜的旋转速度趋于平滑, 最大伺服控制误差从约1 200″, 减小至约300″, 减小至原来的1/4。该方法降低了因棱镜速度突变而造成的随动伺服控制误差, 优化了棱镜的旋转过程, 降低了棱镜因速度突变而产生的抖动, 有利于提升系统的扫描精度。

为实现辊筒模具大面积微透镜阵列的高效率与高精度加工, 对微透镜阵列成形法的加工轨迹优化和进给轴伺服参数的优化方法进行了理论分析与实验研究。首先, 通过分析微透镜阵列的特征轮廓, 确定微透镜表面振纹的主要诱因为过渡台阶的突变;其次, 为使加工轨迹的二阶导数具有连续性, 提出采用三次样条插值与傅里叶级数拟合对加工轨迹进行分段优化设计; 最后, 在优化加工轨迹的基础上, 通过调整伺服系统的前馈参数, 改善了进给轴的响应能力, 减小了因驱动质量和阻尼而产生的跟踪误差。口径为800 μm、深度为26.7 μm的微透镜阵列的加工实验表明: 采用优化的刀具轨迹和伺服参数, 微透镜加工效率可以达到8 Hz, 进给轴跟踪误差小于300 nm, 并消除了微透镜阵列的表面振纹。微透镜单元口径尺寸精度为设计值的1.075%, 随机检测50组, 口径尺寸变化范围控制在2 μm内, 表明微透镜具有良好的尺寸一致性。实验结果表明, 加工轨迹的分段设计方法和伺服参数优化可有效抑制进给轴的振动, 改善了微透镜阵列表面质量。

针对非线性、多约束的滑翔飞行器再入段质点运动学与动力学模型, 采用多区间hp自适应伪谱法对滑翔飞行器的再入段轨迹进行优化设计, 再将得到的最优控制量进一步解算, 得出飞行器最优控制信号, 并针对滑翔飞行器滚转通道进行跟踪控制。仿真结果显示, 系统能够识别控制信号, 并有效实现姿态跟踪, 使得飞行器沿最优轨迹再入飞行。

研究了采用单点金刚石超精密车削加工技术(SPDT)加工多模调制曲面过程中的刀具轨迹优化方法,首先,分析了SPDT方法加工多模调制曲面的基本原理;其次,理论分析了平行弦双圆弧插补算法的基本原理,推导了插补误差计算公式.在此基础上,提出采用插补步长伸缩变化方式实现了插补误差的动态控制,并获得了完整的插补计算公式;最后,采用Matlab软件对该插补算法进行了实例仿真分析,并分别与直线插补算法和固定步长双圆弧插补算法进行了对比分析,结果表明,该方法能在保证插补允差的前提下最大程度的减少插补区间数,从而有助于提高加工效率和延长刀具寿命.该方法在调制靶金属模板的制备中获得了广泛应用.

为研究多种约束条件下的高超声速滑翔式飞行器快速突防轨迹优化问题, 提出了基于hp自适应伪谱法的多段优化求解策略。建立了高超声速滑翔式飞行器的运动学模型, 用三次样条插值拟合升力系数和阻力系数。综合考虑动压、过载和热流约束, 建立了考虑禁飞区和航路点的约束模型。详细阐述了hp自适应伪谱法的求解原理, 提出了以航路点为分段点的求解策略, 最后以最小到达时间为代价函数对高超声速滑翔式飞行器再入突防过程进行了数字仿真。仿真结果表明, 基于分段求解策略的最优轨迹能够有效满足各种约束条件的限制, 达到了快速突防的目的。

双面抛光运动过程复杂, 对光学材料的加工有重要的影响, 运动轨迹分布不但影响加工效率, 而且影响加工工件的表面质量。通过分析双面抛光加工的运动过程, 建立双面抛光中任意一点相对于上抛光盘的运动轨迹的数学模型, 改变数学模型中的轨迹运动参数, 观察不同参数值对抛光轨迹分布的影响, 优化分析得出抛光轨迹分布最佳的运动参数值。研究结果表明, 工件在行星轮中的位置远离行星轮的回转中心, 行星轮与整个抛光盘半径比为0.3, 抛光盘与内齿轮的转速比在3～8倍之间, 内外齿轮的转速比在1～4倍的范围内, 获得的抛光轨迹最优。