快速反射镜系统(Fast Steering Mirror system,FSM)是通过调整反射镜在光源与接收端之间进行光束调整的装置,具有体积小、结构紧凑、速度快、精度高、带宽高等优点,通常与大惯量机架一起构成复合轴系统实现大转角,高精度的指向和稳定功能。广泛应用于激光通信、航空照相像移补偿、精确跟踪瞄准等领域。本文以国家自然科学基金课题——“大行程两轴回转型柔顺机构设计与制造问题研究”为背景,以新型两轴快速反射镜为研究对象,从快速反射镜的应用需求到快速反射镜的功能结构以及各个部件特别是柔性支承的理论分析和试验验证进行了详细的分析,对其中关键的技术进行了深入的研究。主要的内容有:1.论述了国内外在该研究领域具有代表性的产品和理论研究进展。在分析国内外几种相关装置的结构和功能的特点的基础上,本文重点对快速反射镜系统的机械结构、柔性支承设计、结构控制联合仿真方法以及系统测试进行研究。2.从快速反射镜的控制特性、通光口径、转角范围、控制带宽、、精度等特性考虑,提出了对构成快速反射镜的各个主要部件包括反射镜、致动器、柔性支承、传感器等的性能要求,特别是提出基于柔性铰链单元的柔性支承设计思路,进一步得到采用两组音圈驱动的FSM的整体结构形式。3.对柔性铰链的结构形式、材料选型、性能参数、各向刚度进行分析,并建立柔性铰链的动力学模型,对铰链的阻尼特性、固有频率进行详细的分析和研究。阐述采用有限元软件进行静动态分析的方法。通过试验对单个柔性铰链的静动态特性进行分析和验证。4.对两自由度柔性支承与构成其结构的柔性铰链单元之间的各项性能参数特别是各向刚度的关系进行分析。对两自由度柔性支承的FSM结构的耦合特性进行了分析。并在给定的性能要求下,对两自由度柔性支承的结构、关键尺寸等的详细的设计过程进行了分析。5.对采用Adams-Matlab进行FSM系统结构控制联合仿真的思路和实现方法进行了探索。研究了FSM系统在加工和装配过程中产生误差的来源及其对系统特性的影响,并提出了在加工过程中应注意的事项。6.构建FSM试验测试平台,对FSM的静态和动态特性进行测试,辨识其主要性能参数,并与通过理论分析和有限元仿真方法得出的结果进行对比,验证了本文对FSM系统的分析设计方法的正确性和工程应用价值。