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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

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7. Möglichkeiten zur

7. Möglichkeiten zur Optimierung von Regler, Robustheit und Stabilität bedingten Phasenanhebung geschoben, reduziert sich die Phasenreserve, wodurch der Regelkreis bei zu großer Wahl von KPR instabil wird. Tv: Die Grenzfrequenz des D-Anteils muss in jedem Fall so gewählt werden, dass die Anhebung der Phase vor dem resonanzbedingten Phasensprung der mechanischen Struktur ansetzt, um den Regelkreis zu stabilisieren. Je größer dieser Wert gewählt wird, desto niedriger ist die Grenzfrequenz und damit die Startfrequenz der Phasenanhebung. Zwar können die Überschwinger nach der steigenden Führungsflanke bei gleichzeitig verzögertem Einschwingvorgang in die untere Solllage reduziert werden, jedoch fällt der Phasengang dann auch steiler zu höheren Frequenzen ab, was die Stabilitätsreserve je nach Lage der Durchtrittsfrequenz schmälern kann. T1: Je niedriger T1 gewählt wird, desto mehr können die Überschwinger an der steigenden Führungsflanke reduziert werden ohne eine Auswirkung an der fallenden Flanke zu verursachen. Gleichzeitig verschiebt sich die Eckfrequenz des Phasenabfalls nach der, durch den D-Anteil bedingten Phasenanhebung, wobei ein steilerer Abfall der Phase zu hohen Frequenzen hin und damit, je nach Lage der Durchtrittsfrequenz, eine Minderung der Stabilitätsreserve die Folge ist. Optimierung der Störeigenschaften: Stabilisierung des Magneten: Durch Erwärmen des Magneten auf die maximal auftretende Arbeitstemperatur des VCAs wird der Arbeitspunkt des Magneten in der Entmagnetisierungskurve im vornherein gezielt auf einen niedrigen Flussdichtewert gebracht. Dieser neue Arbeitspunkt liegt auf der sich ergebenden B-H Kurve wieder im linearen Bereich, weshalb sich bei erneuter Erwärmung auf die maximale Betriebstemperatur keine weitere irreversible Entmagnetisierung einstellt und das Temperaturverhalten damit vorhersagbarer wird. In Kauf genommen werden muss bei der Stabilisierung des Arbeitspunktes natürlich eine Abnahme des B-Felds gegenüber den Herstellerangaben [9]. Gleiches gilt für die Stabilisierung gegenüber externen Feldern [20]. 102

7. Möglichkeiten zur Optimierung von Regler, Robustheit und Stabilität Erhöhung des Permeanz-Koeffizienten: Durch Vergrößerung des Länge/Durchmesser-Verhältnisses lässt sich der Permeanzkoeffizient erhöhen [21], wodurch der Arbeitspunkt auf der B-H Kurve zu höheren Flussdichten hin verschoben wird. Hierdurch stellt sich ein größerer Abstand des Arbeitspunktes zu dem nichtlinearen Knick der Entmagnetisierungskurve ein, wodurch eine höhere Stabilität gegenüber Temperatur- und externen Feldeinflüssen erreicht wird. Gleichzeitig kann der Wirkungsgrad des Aktors erhöht werden, da über die Verschiebung des Arbeitspunktes eine Erhöhung der am Arbeitspunkt vorliegenden Flussdichte stattfindet, die sich aufgrund deren Zusammenhangs mit der Lorentz-Kraft direkt auf den statischen Verstärkungsfaktor Kps=FLorentz/ISpule auswirkt. Wahl des Magnetwerkstoffs: Grundsätzlich wird die „Stärke“ eines Magneten durch den Wert der Remanenzflussdichte Br charakterisiert, sein Widerstand gegenüber Entmagnetisierung mit der intrinsischen Koerzitivfeldstärke HCi. Da diese jedoch über die in Abschnitt 6.2.2 hergeleiteten Zusammenhänge miteinander konkurrieren, ist eine Erhöhung der Remanenzflussdichte Br meist mit einer Erniedrigung der Koerzitivfeldstärke HCi verbunden, also einer geringeren Stabilität gegenüber Entmagnetisierung [22]. Das im Aktormagnet verwendete VAC745 Material weist eine der höchsten am Markt erhältlichen Remanenzflussdichten auf, womit jedoch auch eine Erniedrigung der Hci verbunden ist. Gleichzeitig weisen NdFeB Magnete den höchsten Temperaturkoeffizienten der am Markt erhältlichen Seltenerdenmagneten auf [23]. Dies führt dazu, dass der Aktor mit dieser Magnetkonfiguration zwar den höchsten Wirkungsgrad unter Idealbedingungen aufweist, aber gleichzeitig bei Abweichungen von diesen Idealbedingungen das größte Fehlverhalten im Bezug auf die Robustheit erzeugt. Den geringsten Temperaturkoeffizient weisen Sm2Co17-Magnete mit -0.03 [%/K] auf. Aufgrund der ca. doppelt so hohen Curietemperatur gegenüber NdFeB-Magneten weisen die Entmagnetisierungskurven auch bei hohen Temperaturen einen deutlich größeren linearen Bereich auf, weshalb auch bei großen Temperaturen und äußeren Feldern keine irreversible Entmagnetisierung auftritt. Des Weiteren sind SmCo-Legierungen weniger korrosionsanfällig, weshalb sie keines so aufwendigen Coatings bedürfen [11]. 103

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