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光学元件脉冲型离子束修形关键技术研究

光学元件脉冲型离子束修形关键技术研究

作者：周光奇国防科技大学

学位级别：硕士

离子束修形技术作为现有的加工精度最高的技术之一,通常作为提升光学元件面形精度的最后一道工艺。目前离子束加工过程中,在部分高陡度误差区域,机床运动轴加速度无法满足修形需求。为实现不同陡度误差去除,通常机床运动轴采取较大加速... 详细信息

离子束修形技术作为现有的加工精度最高的技术之一,通常作为提升光学元件面形精度的最后一道工艺。目前离子束加工过程中,在部分高陡度误差区域,机床运动轴加速度无法满足修形需求。为实现不同陡度误差去除,通常机床运动轴采取较大加速度和多次更换去除函数进行迭代加工,造成光学元件加工过度依赖机床动态特性且面形收敛效率较低,光学元件高精度和高效率制造成为发展的方向。针对上述问题,本文从离子束加工过程中束流引出方式入手,提出了脉冲型离子束加工方法,可动态高频响的调节去除函数去除效率,对于降低机床动态性能以提升离子束抛光驻留时间的精准控制具有重要的意义。主要研究内容与结论如下:（1）基于光学元件修形需求,计算了脉冲电源参数,研制并初步验证了脉冲电源的稳定可控性。脉冲电源关键参数为:脉冲频率为150 Hz,脉冲占空比0～100%且连续可调,脉冲电压0～1000 V,电压稳定精度小于0.5%,可满足光学元件加工需求。最后将脉冲电源与离子光学系统相结合,获得了与脉冲电源脉冲参数一致的脉冲型离子束。（2）理论分析脉冲型离子束去除函数的关键参数,并验证了误差去除可行性。建立了脉冲型离子束去除函数数学模型,实验证明了脉冲型离子束去除函数空间分布呈高斯形状。该脉冲型去除函数的48 min内体积去除速率波动小于0.6%,具有良好的稳定性,且脉冲占空比与去除效率呈线性关系。在0.01 ms脉宽下,其材料去除分辨率为6.7×10nm,较连续离子束去除分辨率提高了2个数量级。综上,脉冲型离子束是一种稳定的、去除效率线性可调的高分辨率材料去除工具,可实时调节去除函数进行高效率的误差去除。（3）进行了脉冲型离子束关键参数修形建模,建立了关于占空比、脉冲频率的误差去除理论模型。提出求解脉冲占空比矩阵的方法,并进行了脉冲离子束修形实验:实现了离子源匀速运动下,将误差幅值为23 nm,频率为4.6 mm的周期误差修复后误差幅值为4.219 nm,降低了修形过程对机床动态性能的依赖,验证了脉冲型离子束修形的可行性。

关键词：脉冲型离子束动态性能脉冲电源脉冲占空比脉冲频率去除效率

高风电渗透率系统恢复中环网并列合闸角的最优调控

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电网技术 2021年第6期45卷 2201-2209页

作者：周光奇顾雪平李少岩柴文化华北电力大学电气与电子工程学院河北省保定市071003

考虑风电出力不确定性的合闸角最优调整策略制定对促进高风电渗透率系统安全、快速恢复具有重要现实意义。首先,以盒式集合表征风电场出力的不确定性,并结合基于直接优化法的区间潮流算法分析风电出力不确定性对合闸角的影响。然后,以... 详细信息

考虑风电出力不确定性的合闸角最优调整策略制定对促进高风电渗透率系统安全、快速恢复具有重要现实意义。首先,以盒式集合表征风电场出力的不确定性,并结合基于直接优化法的区间潮流算法分析风电出力不确定性对合闸角的影响。然后,以调整常规机组出力和机端电压、恢复部分负荷作为减小合闸角的调控措施,建立以参与出力调整的常规机组尽量少、出力调整量尽可能少以及优先恢复重要负荷为目标的两阶段鲁棒优化模型,保证合闸角调整策略在复杂风电出力环境下的可靠性。为实现模型的高效求解,采用近似线性化潮流方法进行线性化处理,将模型转化成混合整数线性规划模型,并结合二分法和列与约束生成算法迭代求解。算例结果验证所提两阶段鲁棒优化模型和迭代求解方法的有效性和可行性。

关键词：环网并列风电区间潮流合闸角两阶段鲁棒优化模型列与约束生成算法

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考虑风电预测误差相关性的负荷恢复鲁棒优化

电网技术 2021年第10期45卷 4092-4103页

作者：顾雪平周光奇李少岩王璞诗华北电力大学电气与电子工程学院河北省保定市071003

为应对负荷恢复过程中源荷双重不确定性,建立了负荷恢复鲁棒优化模型。应用近似线性化潮流方法对模型进行线性化处理,并基于解耦思想将原模型分解为预测场景下的方案优化主问题和误差场景下的方案校核子问题。主问题以预测场景下加权负... 详细信息

为应对负荷恢复过程中源荷双重不确定性,建立了负荷恢复鲁棒优化模型。应用近似线性化潮流方法对模型进行线性化处理,并基于解耦思想将原模型分解为预测场景下的方案优化主问题和误差场景下的方案校核子问题。主问题以预测场景下加权负荷恢复量最大化为目标函数,进行风电接入和负荷恢复方案最优决策;基于主问题的决策结果,子问题引入松弛变量,构建计及预测误差不确定性的max-min双层方案可行性校核优化模型,并以可调盒式集合刻画负荷预测误差,以线性多面体集合描述具有相关性的风电预测误差。在求解过程中,利用线性优化强对偶理论将max-min结构的子问题对偶转化,并引入大M法线性化所得对偶模型,然后采用列与约束生成算法进行主、子问题高效迭代求解。算例结果验证鲁棒优化模型和迭代求解方法的有效性和可行性。

关键词：负荷恢复预测误差相关性鲁棒优化混合整数线性规划模型列与约束生成算法

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考虑线路分组投运的恢复路径方案制定

电力自动化设备 2019年第10期39卷 174-180,200页

作者：周光奇李少岩顾雪平梁海平华北电力大学电气与电子工程学院

大停电事故后送电路径的恢复是电力系统恢复过程中的一项重要任务,合理的送电路径及其充电方式将有助于系统安全、快速恢复。结合理论分析与仿真给出了典型参数下线路的极限充电距离;针对给定的送电路径提出了线路分组投运方式以缩短系... 详细信息

大停电事故后送电路径的恢复是电力系统恢复过程中的一项重要任务,合理的送电路径及其充电方式将有助于系统安全、快速恢复。结合理论分析与仿真给出了典型参数下线路的极限充电距离;针对给定的送电路径提出了线路分组投运方式以缩短系统恢复时间,建立了以分组数量最少为目标的整数线性规划模型,同时针对某一恢复路径存在多个分组投运方案的情况,定义了恢复可靠性指标对分组方案进行优选。为了给运行人员提供多个备选路径方案,建立了基于网络流理论的前K条送电路径优化的整数线性规划模型。采用高效的商业优化软件联合求解前K条路径优化模型与线路分组投运模型,获得前K个最优路径方案及其分组投运方案。算例结果验证了合理的线路分组充电方案能够在保证恢复安全性的前提下加快系统的恢复进程。

关键词：系统恢复线路投运极限充电距离线路分组充电整数线性规划

计及特级负荷恢复的网架重构分时段全局优化方法

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电工技术学报 2017年第7期32卷 138-149页

作者：顾雪平李少岩周光奇李凯刘旭斐华北电力大学电气与电子工程学院保定071003 云南电力调度控制中心昆明650011

制定科学合理的网架重构恢复方案对加快系统恢复进程、减小停电损失具有重要作用。针对当前分时段恢复方案优化策略无法实现时段间协调优化的不足,提出一种网架重构分时段恢复方案全局优化方法。首先,鉴于特级负荷对维持社会稳定和恢复... 详细信息

制定科学合理的网架重构恢复方案对加快系统恢复进程、减小停电损失具有重要作用。针对当前分时段恢复方案优化策略无法实现时段间协调优化的不足,提出一种网架重构分时段恢复方案全局优化方法。首先,鉴于特级负荷对维持社会稳定和恢复过程的重要性,将其纳入网架重构过程的恢复目标;之后,综合考虑多种约束,建立了协调机组、特级负荷和网架结构三方面恢复效果的网架重构分时段全局优化模型。该模型是一个含整数决策变量的复杂的多目标优化决策模型。通过分析总结已有恢复操作序列优化制定方法的内在逻辑,提出了一种分时段全局优化两步求解策略,即首先优化求解时段数参考值,再进行恢复方案全局优化。结合非支配近邻免疫算法和变异系数法对建立的模型进行求解。新英格兰10机39节点系统算例和我国西南某地区实际电网算例验证了本文所提模型和算法的有效性。

关键词：网架重构特级负荷恢复分时段恢复恢复序列串并行协调全局优化

基于整数线性规划的恢复子系统划分与分区方案的综合评价

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电力自动化设备 2019年第1期39卷 91-98页

作者：周光奇顾雪平马世英唐晓骏谢岩李少岩华北电力大学电气与电子工程学院河北保定071003 中国电力科学研究院有限公司电网安全与节能国家重点实验室北京100192

大停电事故发生后若系统内含有多个黑启动电源,合理的子系统划分方案将有助于各系统协调并行恢复进而缩短恢复时间。建立以子系统间联络线最少为目标的子系统划分的整数线性规划模型;通过构造"割"约束并利用高效求解器CPLEX对模型多次... 详细信息

大停电事故发生后若系统内含有多个黑启动电源,合理的子系统划分方案将有助于各系统协调并行恢复进而缩短恢复时间。建立以子系统间联络线最少为目标的子系统划分的整数线性规划模型;通过构造"割"约束并利用高效求解器CPLEX对模型多次求解以获取足够多的方案;建立子系统划分方案的评价指标集,并采用变异系数法对方案进行综合评价和排序;引入摇摆节点的概念对模型进行预处理,降低决策空间规模。新英格兰10机39节点系统和IEEE 118节点系统的子系统划分结果验证了所提模型和方法的有效性。

关键词：系统恢复恢复子系统划分整数线性规划摇摆节点电力系统

高能激光单晶硅反射镜纳米精度控形控性制造技术

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中国激光 2021年第4期48卷 128-136页

作者：石峰田野乔硕周光奇宋辞薛帅铁贵鹏周林舒勇周港国防科技大学智能科学学院湖南长沙410073 国防科技大学装备综合保障技术重点实验室湖南长沙410073 长沙学院机电工程学院湖南长沙410022 空军工程大学航空机务士官学校河南信阳464000

单晶硅反射镜是高能激光系统中的重要元件,其加工质量直接影响着高能激光系统的整体性能指标。针对单晶硅反射镜加工过程中产生的各类缺陷问题,本研究团队提出了采用超精密切削、浸没式抛光、磁流变抛光、离子束抛光等超精密加工方法来... 详细信息

单晶硅反射镜是高能激光系统中的重要元件,其加工质量直接影响着高能激光系统的整体性能指标。针对单晶硅反射镜加工过程中产生的各类缺陷问题,本研究团队提出了采用超精密切削、浸没式抛光、磁流变抛光、离子束抛光等超精密加工方法来提升单晶硅元件的加工质量,并开展了相关研究。本文主要综述了本团队近几年在单晶硅制造技术领域取得的研究进展,包括单晶硅纳米精度表面控形制造技术、单晶硅纳米精度本征表面控性生成方法、纳米精度控形控性组合工艺等一系列关键技术。通过探讨高能激光单晶硅元件制造的现状与关键技术,为实现单晶硅元件纳米精度控形控性制造提供技术支撑。

关键词：光学制造高能激光系统单晶硅元件浸没式光顺抛光离子束抛光

计及系统可观测性的网络化简与黑启动分区方案制定

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电力系统自动化 2019年第20期43卷 114-122页

作者：顾雪平周光奇李少岩华北电力大学电气与电子工程学院

基于相量测量单元的广域相量测量系统能够实时反映电网的动态变化,其测量信息的实时性将有助于系统恢复安全快速进行,为大停电后的系统恢复带来新的机遇。首先,将黑启动分区方案优化问题和广域相量测量系统结合起来,建立了考虑系统可观... 详细信息

基于相量测量单元的广域相量测量系统能够实时反映电网的动态变化,其测量信息的实时性将有助于系统恢复安全快速进行,为大停电后的系统恢复带来新的机遇。首先,将黑启动分区方案优化问题和广域相量测量系统结合起来,建立了考虑系统可观测性的黑启动分区整数线性规划模型。该模型除满足分区功率平衡、分区连通性、特殊支路开断约束以及分区最小规模限制这些基本约束外,还将全网可观测和联络节点可观测2种可观性要求分别转化成线性约束纳入其中。其次,利用可观测度为0以及部分可观测度为1的节点对拓扑图进行简化,降低了优化模型决策空间的规模,进而提高了计算效率。IEEE 118系统算例结果验证了所提模型和系统简化方法的有效性,同时也进一步表明模型的可扩展性。

关键词：大停电黑启动分区相量测量单元可观测性整数线性规划网络化简

轮辐式斜交型索结构的几何构型与预应力态分析

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土木工程学报 2024年

作者：杨佳奇武岳周光毅辛光耀李东方哈尔滨工业大学土木工程智能防灾减灾工业和信息化部重点实验室中国建筑第八工程局有限公司哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室

轮辐式斜交型索结构体系的弦索采用斜向布置形式，能有效改善结构的整体抗扭性能，并有利于提升施工稳定性和使用安全性，同时也增加了索结构体系的美感，丰富了结构形式。通过几何形态分析发现轮辐式斜交型索结构的关键形态参数包括索... 详细信息

轮辐式斜交型索结构体系的弦索采用斜向布置形式，能有效改善结构的整体抗扭性能，并有利于提升施工稳定性和使用安全性，同时也增加了索结构体系的美感，丰富了结构形式。通过几何形态分析发现轮辐式斜交型索结构的关键形态参数包括索结构桁架单元数量、斜交角度、内外环半径、起拱高度和下垂深度，并基于此建立了参数化建模方法。根据节点平衡方程，推导了轮辐式斜交型索结构在预应力态下的索杆内力快速估算公式，并探究了斜交角度、内外环厚度和内外环几何中心高差对预应力分布的影响，结果表明：斜交角度对结构受力效率的影响较大；内外环厚度对拉索索力的影响很小，而对内环撑杆轴压力的影响较大；内外环几何中心高差对索杆内力的影响较大。该文的研究有助于促进轮辐式斜交型索结构的进一步应用。

关键词：轮辐式索结构结构构型几何形态分析参数化建模预应力态分析受力特性