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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

8. Diskussion Zu 5.) Das

8. Diskussion Zu 5.) Das für den Entwurf der Regelung verwendete RTS arbeitet ausschließlich im Zeitbereich. Die Bestimmung der Stabilitätsgrenzen und –reserven stellt sich dort aufgrund der großen Sensibilität des Regelkreises gegenüber Änderungen der Reglerparameter als wesentlich ungenauer als im Frequenzbereich heraus. Im Frequenzbereich kann hingegen – unter Berücksichtigung eines als linear angenommenen Arbeitsbereichs - eine präzise Darstellung der Stabilität anhand des Amplituden- und Phasengangs des offenen Regelkreises vorgenommen werden. Zu 6.) Durch die analogelektronische Realisierung wird die Auswahl bereits auf eine PID- Regelung und deren Derivate beschränkt. Hauptproblem ist hierbei eine Regelung auf eine bestehende Elektronik aufzusetzen, deren dynamisches Verhalten zunächst untersucht und bei der Auslegung der Regelung berücksichtigt werden muss. Dies führt zu einer Kompromisslösung bei der nicht mehr die eigentliche Regelungsaufgabe im Mittelpunkt steht, sondern vielmehr ein Anpassen an unbekanntes Elektronikverhalten nach dem Trial-und Error-Prinzip. Zu 7.) Die Modellierung des Operationsverstärkers mit der nötigen Gegenkopplung führt zu einer sog. „algebraischen Schleife“, bei der dem Solver theoretisch zum Zeitpunkt n der Zustand zum Zeitpunkt n+1 bekannt sein müsste, um sinnvolle Ergebnisse zu erhalten. Kann die Schleife, wie in diesem Fall, nicht eliminiert werden, muss der Solver dieses Kausalitätsproblem umgehen, indem rechenintensive Iterationsalgorithmen eingesetzt werden. Um den Fehler zu minimieren, muss die Schrittweite aufgrund der großen Signaldynamik stark verkleinert werden. Dies führt zu derart hohem Rechenaufwand, dass mit gegebenen Mitteln eine Lösung in „Echtzeit“ nicht mehr möglich ist. 106

9. Zusammenfassung und Ausblick 9. Zusammenfassung und Ausblick Aufgabe dieser Arbeit war es, anhand gegebener Spezifikationen geeignete Verifikationsmaßnahmen zu entwickeln, auszuführen sowie deren Ergebnisse auszuwerten, um so die volle Funktionstüchtigkeit des mikromechanischen Shutters innerhalb der Anforderungen nachzuweisen, bzw. Einflussgrößen aufzudecken und zu quantifizieren, die die Funktionsfähigkeit während des Betriebs beinträchtigen könnten. Diese Einflussgrößen wurden daraufhin in eine regelungstechnische Systemuntersuchung übernommen, um die Robustheit und Stabilität der Regelung zu überprüfen bzw. nachzuweisen, die in einer Vorgängerarbeit entwickelt wurde. Hierzu wurden zunächst Voruntersuchungen und Eingangstests durchgeführt, um über Referenzmessungen des statischen und dynamischen Verhaltens der wichtigsten Subsysteme eine Charakterisierung und Modellierung des elektromechanischen Verhaltens des Shutters im Ausgangszustand vor den ersten Verifikationstests vorzunehmen. Um nach der 6 –jährigen Reise zum Einsatzort einen einwandfreien Betrieb während der einbis zweijährigen Missionsdauer sicherstellen zu können, wurde der Shutter einem Dauertest bei einer erhöhten Betriebsfrequenz unterzogen. Hierzu wurde ein automatisierter Testablauf entwickelt, der die Aufzeichnung, Auswertung und Dokumentation relevanter Messgrößen während des Betriebs im Prüfstand ermöglicht, wobei eine Identifikation auftretender Degradationen durchgeführt wurde. Durch die Auswertung der erfassten Messdaten konnten somit Veränderungen festgestellt werden, deren Ursachen daraufhin durch analytische und experimentelle Untersuchungen bestimmt und nachgewiesen wurden. Mit dem aufgrund der Messergebnisse zunehmenden Erkenntnisstand über die Relevanz der Störeinflüsse bzgl. der Robustheit des Gesamtsystems wurde deutlich, dass das Verhalten der elektromagnetischen Komponenten, die in Aktor und Sensorik enthalten sind, den weitaus größten Einfluss auf die Regelgüte und damit Positionstreue des Shutterblades ausüben. Aufgrund dessen wurden diese beiden Subsysteme im Detail untersucht und deren Einflüsse für eine Gewichtung im Hinblick auf das Gesamtsystem modelliert und parametrisiert. Anschließend wurde versucht, die Auswirkungen bzgl. des Gesamtsystems in einer HIL- Umgebung zu bestätigen. 107

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