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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

1. Einleitung Der

1. Einleitung Der erzielte Regeleffekt kann keinem einzelnen Bauteil zugeordnet werden, da das Verhalten des Regelungssystems und damit die Bewegung der Shutterwippe von einer Vielzahl an äußeren und inneren Einflussgrößen abhängt, deren Auftreten sowie Auswirkungen von den physikalischen Wirkzusammenhängen der einzelnen Komponenten herrühren. Die Beschreibung und das Verständnis dieser Wechselwirkungen ist für eine robuste Auslegung des Reglers von herausragender Bedeutung, da das gewünschte Systemverhalten und damit dessen Funktionen nur innerhalb gewisser Grenzen dieser Einflussgrößen im spezifizierten Bereich liegt und sichergestellt werden kann. Die volle Funktionsfähigkeit ist unerlässlich, da es ansonsten zu Einschränkungen des Spektrometers kommen würde. Hierdurch ergäben sich fatale Auswirkungen auf die Qualität der Forschungsergebnisse, die aufgrund der Länge der Gesamtmissionszeitdauer von 7 bis 8 Jahren und der damit verbundenen Kosten für alle Beteiligten inakzeptabel wäre. Aufgrund der extremen Umgebungsbedingungen ist der Aufwand für eine Minimierung des Ausfallrisikos bei Raumfahrtprodukten besonders hoch. Um die Fehlerquellen zu minimieren und damit ihre Robustheit unter Einsatzbedingungen sicherzustellen, müssen deshalb sämtliche Produkte aufwendige Verifikationsprozeduren und -tests durchlaufen. Da bei solchen raumfahrttechnischen Großprojekten eine Vielzahl an Entwicklern und Herstellern aus den unterschiedlichsten Branchen innerhalb eines komplizierten Vertragsnetzwerks beteiligt sind, muss eine Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit der Entwicklungs- und Teststufen gewährleistet werden. Hierzu wurden von den Raumfahrtorganisationen Richtlinien erlassen, um die Auftragnehmer bei der Produktentwicklung und den Verifikationsprozeduren zu unterstützen und damit ein möglichst hohes Robustheitsniveau zu erreichen. Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit sollen an vorangehende Untersuchungen anknüpfend durch Verifikationsprozesse das Engineering Model (EM) des MERTIS Short Term Shutters (MSTS) untersucht und die fehlerfreie Funktion des Systems nachgewiesen bzw. überprüft werden. Durch den Nachweis der Einhaltung verschiedener Anforderungen (requirements) kann die Qualifizierung des Entwurfs für die nächste Entwicklungsstufe unterstützt und sichergestellt werden. 4

1. Einleitung Nach einer kurzen Einführung in die wesentlichen Punkte des funktionellen Shutteraufbaus in Kapitel 3 wird kurz auf die Verifikationsrichtlinien eingegangen, an denen sich der Aufbau dieser Arbeit orientiert. Unter diesen Gesichtspunkten werden dann Methoden zur Verifikation der verschiedenen Anforderungen ausgewählt, um eine möglichst hohe Funktionssicherheit der Komponenten zu gewährleisten. Aufgrund der hohen Belastung, denen der Shutter im Betrieb und während der Startphase der Trägerrakete ausgesetzt ist, wird in diesem Zusammenhang die Belastbarkeit des Shutters bezüglich äußerer Krafteinwirkung sowie während des Dauerbetriebs sichergestellt, was in Kap. 4 und 5 untersucht wird. Um eine robuste Funktion des Regelungsystems sicherzustellen, werden in Kap. 6 zunächst wesentliche Systembestandteile auf Grundlage der Untersuchung des statischen und dynamischen Verhaltens ermittelt und charakterisiert, um im Anschluss die Wirkung ausschlaggebender Einfluss- bzw. Störgrößen zu analysieren und zu quantifizieren, die im Laufe der Untersuchungen im Rahmen der Diplomarbeit als verfikationsrelevant identifiziert wurden. Um die Ergebnisse dieser Untersuchungen zu verifizieren, wird auf den Erkenntnissen aus [3] aufbauend ein regelungstechnisches Modell des Shutters entworfen und mit fortlaufendem Erkenntnisstand aktualisiert und erweitert. Dieses wird simulationstechnisch ausgewertet und bildet die Basis für die weitergehenden Untersuchungen bezüglich Robustheit und Stabilität. Ausgehend auf den Ergebnissen der Vorgängerarbeiten [3] und [2] wird der Shutter zunächst in Betrieb genommen und eine Untersuchung der Auswirkungen von Einflussgrößen auf das Gesamtsystem durchgeführt. Um diese auf analytischem Weg zu bestätigen, wird eine numerische Simulation durchgeführt, in welche sämtliche im Rahmen dieser Diplomarbeit ermittelten Untersuchungsergebnisse der Subsysteme einfließen. Da im realen Messaufbau des Gesamtsystems die Einflussgrößen kaum voneinander trennbar sind, kann mit den Simulationsergebnissen nun eine Aussage über die Gewichtung einzelner Einflussgrößen hinsichtlich deren Auswirkung auf die Robustheit/Stabilität der Regelung in „Worst-Case“ Betriebssituationen getroffen werden. Abschließend werden in Kap. 7 die Ergebnisse sowie mögliche Maßnahmen zur Erhöhung der Robustheit diskutiert. Im Rahmen dieser Diplomarbeit waren somit die folgende Verifikationsmaßnahmen durchzuführen und auszuwerten: 5

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