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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

11. Anhang D

11. Anhang D MATLAB-Simulink Modell des Shuttersystems Aufgrund des Modellumfangs wird hier nur die Basisebene des mit dem Hauptschleife des Regelkreises abgebildet. Das Gesamtmodell mit Beschreibung der Subsysteme ist der beiliegenden CD zu entnehmen. Abbildung 11-14: Simulinkmodell des Gesamtsystems bestehend aus Subsystem-Blöcken 124

E Abbildungsverzeichnis 11. Anhang Abbildung 1-1: Die drei Hauptmodule der Mertis Raumsonde [1] ......................................................................... 1 Abbildung 1-2: Engineering Modell des Shutters ................................................................................................... 3 Abbildung 3-1: Blockschaltskizze des Shuttersystems mit Kennzeichnung der Wechselwirkung der Komponenten .......................................................................................................................................................... 7 Abbildung 4-1: Testaufbau des mechanischen Belastungstests ............................................................................ 12 Abbildung 4-2: Für den Random-Test spezifizierte spektrale Beschleunigungsdichte ......................................... 14 Abbildung 4-3: CAD-Bild des Shutter auf Monagesockel und Drehung des Koordinatensystems ...................... 14 Abbildung 4-4: Vergleich der Federkonstanten vor (grün) und nach (rot) dem Vibrationstest ............................ 17 Abbildung 4-5:Vergleich der Aktorkennlinie vor (blau) und nach (rot) dem Vibrationstest ................................ 18 Abbildung 5-1: Versuchsanordnung zur Verifikation der Lebensdauer ................................................................ 20 Abbildung 5-2: : Die für die Beurteilung der Funktionsfähigkeit wichtigsten Signale: Spulenstrom und Auslenkung der Shutterwippe ............................................................................................................................... 24 Abbildung 5-3: Spulenstrom und Positionssignal im 40Hz Betrieb ...................................................................... 25 Abbildung 5-4: Kontinuierliche Verlängerung der Strompulse im 100Hz Betrieb durch den erhöhten Energiebedarf des Stellers, um das Shutterblade zu positionieren ........................................................................ 27 Abbildung 5-5: Verringerung der Regelgüte im 100Hz Betrieb aufgrund der verringerten Verstärkung ............. 28 Abbildung 5-6: Verlauf des Sensorausgangssignals im 100Hz Test-Betrieb ........................................................ 28 Abbildung 5-7: Vergleich der Federkonstanten vor und nach dem Test bei 100Hz ............................................. 29 Abbildung 5-8:Vergleich der Aktorkennlinien vor und nach dem Test bei 100Hz ............................................... 30 Abbildung 5-9: Aktorstrom SR1 bei 10Hz Verifikationsfrequenz nach unterschiedlicher Testzyklenzahl .......... 32 Abbildung 5-10: Auslenkung SR1 bei 10Hz Verifikationsfrequenz nach unterschiedlicher Testzyklenzahl ....... 32 Abbildung 5-11: Sensorsignal SR1 bei 10Hz Verifikationsfrequenz nach unterschiedlicher Testzyklenzahl ...... 33 Abbildung 5-12: Änderung der Federkonstante SR1 während des 40Hz Betriebs .............................................. 33 Abbildung 5-13: Änderung des Aktorwirkungsgrades SR1 während des 40Hz Betriebs .................................... 34 Abbildung 6-1: Signalflussplan des Regelungssystems ........................................................................................ 35 Abbildung 6-2: Signalflussplan der Positionsregelstrecke .................................................................................... 36 Abbildung 6-3: Schematische Darstellung des Shutters als Feder-Dämpfer-Masse System ................................ 37 Abbildung 6-4: Kraft-Weg Kennlinie (Primärachsen) der Federn von SR3(blau) und SR#4(rot) sowie deren Federkonstanten c=dF/dx von SR3( blau) und SR4 (rot) ...................................................................................... 41 Abbildung 6-5: Frequenzgang der Regelstrecke ................................................................................................... 43 Abbildung 6-6: Bestimmung der dynamischen Kenndaten der Regelstrecke von SR4 ........................................ 43 Abbildung 6-7: Ermittlung der Dämpfung über die Resonanzbandbreite ............................................................. 45 Abbildung 6-8: Signalflussplan des Aktors........................................................................................................... 46 Abbildung 6-9: Schematische Darstellung des Aktors und dessen Zusammenhang mit dem Feder-Dämpfer- Massesystems der Positonsregelstrecke ................................................................................................................ 46 Abbildung 6-10: Frequenzgang der Parallelschaltung der Spulen A und B .......................................................... 47 Abbildung 6-11: statische Kraft-Strom Kennlinie der Aktoren von SR3 und SR4 ............................................... 48 Abbildung 6-12:Signalflussplan der Sensorik und Signalaufbereitung................................................................. 51 Abbildung 6-13: Aufbau zur Vermessung der Sensorik ....................................................................................... 51 Abbildung 6-14: Sensorempfindlichkeit-Magnetabstands Kennlinie ................................................................... 52 Abbildung 6-16: Messbrücke des GMR-Sensors .................................................................................................. 53 Abbildung 6-15: Kennlinie der B-Feld Empfindlichkeit des GMR-Sensors ......................................................... 53 Abbildung 6-17: reproduzierte Sensorkennlinie ................................................................................................... 54 Abbildung 6-18: Signalflussplan zur Rekonstruktion der Magnetkennlinie ......................................................... 54 Abbildung 6-19: Vergleich der aus Messergebnissen rekonstruierten und der mit FEM berechnete Kennlinie des Sensormagneten .................................................................................................................................................... 55 Abbildung 6-20: statische Kennlinie des Sensorverstärkers ................................................................................. 56 Abbildung 6-21: Frequenzgang des Sensorverstärkers ......................................................................................... 56 Abbildung 6-22: Schaltungstechnische Realisierung des Stromregelkreises ........................................................ 57 Abbildung 6-23: Signalflussplan des Stromregelkreises ....................................................................................... 58 Abbildung 6-24: Normierte Amplitudengänge des Stromregelkreises ................................................................. 59 Abbildung 6-25: Phasengang des Stromregelkreises ............................................................................................ 59 Abbildung 6-26: Grundlegende Beschaltung eines Operationsverstärkers ........................................................... 61 Abbildung 6-27: regelungstechnisch äquivalente Beschreibung eines reellen, beschalteten Operationsverstärkers .............................................................................................................................................................................. 62 Abbildung 6-28: Beschaltung des PID-regelnden OPVs ...................................................................................... 62 Abbildung 6-29: Frequenzgang des PD-T1 Reglers ohne Vergleicher, KPR=8.9 Tv=0.0038 T1=0.0003 ............... 63 125

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