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中国散裂中子源(CSNS)坐落于广东东莞,是我国重点建设的重大科学研究基础装置,建成后我国将成为世界上第一个拥有散裂中子源的发展中国家。通用粉末衍射谱仪(GPPD)是CSNS首批建设的3台谱仪之一,它具有较高的能量分辨率和合适的中子通量,能提供不同要求的实验条件,满足大多数科学研究人员利用粉末衍射谱仪研究物质的晶体结构和磁结构的需求。为了提高中子粉末衍射实验的效率,需要将自动化技术应用到换样系统中。本文针对GPPD的换样需求和结构特点,设计了 一种可以对样品进行精确地抓取和放置,自动按顺序抓取样品放到中子束流中,并能调节样品使其位于束流最强处的自动换样系统。该系统在不破坏真空环境的情况下,一次安装就可以实现多个样品的连续实验操作。论文的主要研究内容如下:第一章,概述了国内外散列中子源的发展状况以及中国散裂中子源通用粉末衍射谱仪的现状。介绍了国外在中子衍射谱仪自动换样系统方面的研究现状,提出了本论文的主要研究内容和意义。第二章,基于自动换样系统的功能需求和性能要求,对系统进行总体方案设计。设计的自动换样系统包含样品移动结构、换样结构、样品抓取结构、真空结构和监控装置等部分,同时对系统设计中需要使用的伺服电机进行旋转扭矩和惯性惯量匹配分析。第三章,通过分析自动换样系统的滚珠丝杠进给系统静刚度模型,进而建立了进给系统动力学模型,同时考虑传动刚度随位置变化、非线性摩擦等因素,使之更接近真实物理模型。通过Simulink软件对模型进行仿真分析,得到了进给系统的动态响应特性。第四章,设计了基于PLC的伺服电机驱动系统,该系统具有“远程”和“本地”两种控制模式,而“远程”控制模式又分为自动模式和手动模式。同时,开发了基于EPICS的人机交互系统,为用户提供了简便直观的操作界面,并通过DB文件实现与PLC之间的通讯。第五章,介绍了自动换样系统的组装,同时对系统在时域和频域的响应特性进行了实验研究,详细分析了系统的响应速度、运动稳定性等性能参数。第六章,对全文进行工作总结和下一步展望。