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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

11. Anhang Abbildung

11. Anhang Abbildung 6-31: Regelgröße x und Stellgröße y des PD-T1 Regler mit bzw. ohne Vergleicher .......................... 64 Abbildung 6-30: Regler ohne (links) und mit (rechts) vorgeschaltetem Vergleichsglied zur Bildung der Regeldifferenz ....................................................................................................................................................... 64 Abbildung 6-32: Signalflussplan der Positionsregelstrecke .................................................................................. 65 Abbildung 6-33: Signalflussplan des Aktors......................................................................................................... 66 Abbildung 6-34: Hysteresekurve eines seltenerden Permanentmagneten [11] ..................................................... 67 Abbildung 6-35: Schematische Schnittzeichnung des Voice-Coil-Actuators ....................................................... 67 Abbildung 6-36: Darstellung des Verlaufs von B und H-Feldlinien im Inneren und der Umgebung eines zylinderförmigen Permanentmagneten [28] .......................................................................................................... 70 Abbildung 6-37: Entmagnetisierungskurve des Aktormagneten mit den ermittelten Arbeitspunkten ohne (rot) bzw. mit (grün) externem Feld, das durch 1A Spulenstrom erzeugt wird, bei einer Magnettemperatur von 20°. 72 Abbildung 6-38: Entmagnetisierungskurven bei verschiedenen Temperaturen des Aktormagneten mit den ermittelten Arbeitspunkten ohne (rot) bzw. mit (grün) externem Feld, das durch 1A Spulenstrom erzeugt wird. 75 Abbildung 6-39: Schematische Darstellung des Aufbaus zur Bestimmung der Flussdichte mittels Helmholtzspule .............................................................................................................................................................................. 76 Abbildung 6-40: Schematische Darstellung des Hallsondenfühlers mit aufmontierter Justagevor-richtung ........ 77 Abbildung 6-42: relative Abnahme der Flussdichte infolge reversibler bzw. irreversibler Entmagnetisierung aufgrund von Einflüssen der Umgebungstemperatur bzw. externen Feldern ........................................................ 78 Abbildung 6-41: Schematische Darstel-lung des Messaufbaus zur Bestimmung der Feldstärke H mittels Förstersonde .......................................................................................................................................................... 78 Abbildung 6-43: Vergleich der gemessenen mit der berechneten Kraft-Strom-Kennlinie ................................... 79 Abbildung 6-44:Signalflussplan der Sensorik ....................................................................................................... 80 Abbildung 6-45: Verlauf der zur Kompensation des Sensoriktemperaturgangs nötigen Brückenversorgungsspannung .............................................................................................................................. 83 Abbildung 6-46: statische Kennlinie der Schaltung zur Kompensation des Temperaturkoeffizienten des Sensors .............................................................................................................................................................................. 84 Abbildung 6-47: Frequenzgang der Temperaturkompensationsschaltung ............................................................ 84 Abbildung 6-48: Erzielter Regelgrößenverlauf mit der auf SR#4 übertragenen Konfiguration ............................ 86 Abbildung 6-49: Abweichung von Sollwertsignal und rückgeführtem Sensorsignal beim digitalem Regler ....... 87 Abbildung 6-50: Führungs-, Stell- und Regelgröße des nachgestellten Analogreglers ........................................ 88 Abbildung 6-51: Führungs-, Stell- und Regelgröße des nachgestellten Analogreglers ........................................ 88 Abbildung 6-52: In der Simulation angepasster Optimalverlauf von Regel- und Stellgröße ................................ 91 Abbildung 6-53: Drift der Regelgröße x innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs ohne Kompensation des Sensoriktemperaturgangs ...................................................................................................................................... 92 Abbildung 6-54:Drift der Regelgröße x innerhalb des spezifizierten Temperaturbereichs mit Kompensation des Sensoriktemperaturgangs ...................................................................................................................................... 92 Abbildung 6-55: Simulation der Einflüsse der ermittelten Temperaturstörgrößen auf die Robustheit des Regelkreises ohne Temperaturkompensation ........................................................................................................ 93 Abbildung 6-56: Simulation der Einflüsse der ermittelten Temperaturstörgrößen auf die Robustheit des Regelkreises mit Temperaturkompensation .......................................................................................................... 94 Abbildung 6-57: Simulation der Auswirkung einer Änderung der Federkonstante um +-20% ............................ 94 Abbildung 6-58: Simulationsergebnisse der beiden möglichen "Worst-Case" Szenarios .................................... 96 Abbildung 6-59:Mit Frequenzganganalysator gemessene Stabilitätsreserve des analogelektronischen Reglers .. 97 Abbildung 6-60: Durch Messung mit dem Frequenzganganalysator ermittelte Stabilitätsreserve des offenen Regelkreises am Arbeitspunkt bei halber Sollauslenkung .................................................................................... 98 Abbildung 6-61: Nach Linearisierung an den Arbeitspunkten bei 0.05mm und 1.62mm simulationstechnisch ermittelte Verläufe des Frequenzgang .................................................................................................................. 99 Abbildung 7-1: Einfluss der Reglerparameter Kpr, Tv und T1 auf das Verhalten von Regel- und Stellgröße (links) sowie Frequenzgang (rechts) des PD-T1 Reglers ................................................................................................ 100 Abbildung 7-2: Durch Linearisierung an den Arbeitspunkten, die der oberen bzw. unteren Sollauslenkung entsprechen, simulierter Verlauf des Frequenzgangs .......................................................................................... 101 Abbildung 11-1: Arbeitsbereich der Sensorik ..................................................................................................... 115 Abbildung 11-2: Anschlussbelegung und Aufbau des Messdatenerfassungssystems ......................................... 117 Abbildung 11-3: Hauptfenster der Messdatenerfassungssoftware ...................................................................... 117 Abbildung 11-4: Fenster für die Einstellen der Signaloptionen .......................................................................... 118 Abbildung 11-5: Fenster für Einstellung zum Laden- und Speichern der Daten ................................................ 118 Abbildung 11-6: magn. Feldstärke H und Verlauf der Feldlinien des Aktormagneten ....................................... 121 Abbildung 11-7: Verlauf der normal zu den Polflächen gerichten Komponente der magnetischen Feldstärke H in radialer Richtung an den beiden Polen ................................................................................................................ 121 126

11. Anhang Abbildung 11-8: Verlauf der parallel zur Längsachse gerichtete Komponente der Feldstärke entlang der Längsachse .......................................................................................................................................................... 121 Abbildung 11-9: Flusslinien und magnetischen Flussdichte B des Aktormagneten am Arbeitspunkt ................ 122 Abbildung 11-10: Verlauf des Betrags der magnetischen Flussdichte B in radialer Richtung an den beiden Polen ............................................................................................................................................................................ 122 Abbildung 11-11: Verlauf der parallel zur Längsachse gerichtete Komponente der Feldstärke entlang der Längsachse .......................................................................................................................................................... 122 Abbildung 11-13: Zur Ermittlung des Arbeitspunkts des Sensormagneten verwendete Entmagnetisierungskurvenschar [25] ................................................................................................................. 123 Abbildung 11-12: Verlauf der durch die Spule erzeugten Feldlinien und Betrag der Feldstärke H (links) Verlauf der parallel zur Längsachse gerichtet Komponente der Feldstärke entlang der Längsachse (unten rechts), Verlauf der parallel zur Längsachse gerichtete Komponente der Flussdichte entlang der Längsachse (oben rechts) ...... 123 Abbildung 11-14: Simulinkmodell des Gesamtsystems bestehend aus Subsystem-Blöcken .............................. 124 Tabelle 3-1: Wichtige Spezifikationen des Shutters ............................................................................................. 11 Tabelle 6-1: Übersicht über die zur Magnetfeldmessung verwendeten Messmittel .............................................. 76 Tabelle 6-2: Für die Einstellung des digitalen Regler im dSPACE-System gefundenen Parameterkonfigurationen .............................................................................................................................................................................. 86 Tabelle 6-3: Parmetereinstellungen des analogelektronischen Reglers ................................................................ 87 Tabelle 6-4: Für die simulationstechnischen Untersuchungen verwendeten Reglerparameter ............................. 90 Tabelle 6-5: Einstellung der Parameter des für die Stabilitätsuntersuchung verwendeten Reglers ....................... 96 Tabelle 11-1: Wechselwirkung der Komponenten .............................................................................................. 111 Tabelle 11-2: Spezifikation des sinusförmigen Belastungszyklus ...................................................................... 111 Tabelle 11-3: spezifizierte mittlere Beschleunigungsamplituden ....................................................................... 111 Tabelle 11-4: Übersicht über die zur Überwachung der Funktionsfähigkeit relevanten Signale ........................ 112 Tabelle 11-5: Konfiguration für den 100Hz Testbetrieb: .................................................................................... 112 Tabelle 11-6: Konfiguration für den 40Hz Testbetrieb ....................................................................................... 113 Tabelle 11-7: Messverstärker .............................................................................................................................. 113 Tabelle 11-8: Temperaturkompensation ............................................................................................................. 113 Tabelle 11-9: Übersicht über die wichtigsten physikalischen Eigenschaften des Aktormagneten aus der Warenausgangsprüfung des Lieferanten ............................................................................................................. 113 Tabelle 11-10: Für die analytische Robustheits-/Stabilitätsuntersuchung verwendete Worst-Case Daten ......... 114 Tabelle 11-11: Übersicht über die wichtigsten Kenndaten des GMR-Sensors ................................................... 115 Tabelle 11-12: Eigenschaften des Sensormagneten [24], [25] ............................................................................ 116 Tabelle 11-13: Übersicht über die Funktionalität der LabVIEW Messdatenerfassungssoftware ........................ 119 Tabelle 11-14: Einstellung der Parameter für die Magnetfeldsimulation ........................................................... 120 127

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