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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

6. Verifikation des

6. Verifikation des Regelungssystems Dämpfung: Da die Dämpfung geschwindigkeitsabhängig ist, lässt sie sich nur anhand des dynamischen Verhaltens ermitteln. Dynamisches Verhalten Durchführung der Frequenzgangermittlung Im Rahmen der Ermittlung des dynamischen Verhaltens durch Test muss auf eine getrennte Betrachtung der Streckenteile verzichtet werden, da die Erzeugung eines mechanischen Testsignals zur Anregung der mechanischen Struktur mit einem nicht vertretbaren gerätetechnischen Aufwand verbunden wäre. Eine An die Betrachtungen der Streckenparameter im Zeitbereich anknüpfend, wie sie in [3] durchgeführt wurden, soll nun eine Ermittlung der Streckenparameter weiterer Shutterexemplare erfolgen, da sich die Modelle aufgrund unvermeidbarer Fertigungsschwankungen unterscheiden. Da sich die Erzeugung von sprungförmigen Stromsignalen als problematisch erwiesen hat 3 , wird zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens der Positionsregelstrecke ein sinusförmiges Signal in den Stromregler eingespeist und die Antwort des GMR-Sensors gemessen. Dabei wird im Bereich von 0.1Hz – 200Hz im 0,01Hz Intervall die normierte Amplitudenverstärkung und Phasenverschiebung zwischen Positionssensorausgang und Spuleneingang ermittelt und aufgetragen, wie in Abbildung 6-5 ersichtlich ist. Aufgrund der nichtlinearen Übertragungsteile ist der Frequenzgang jedoch nur für kleine Aussteuerungen um den Arbeitspunkt gültig. Dieser muss auf die Hälfte der Sollauslenkung gelegt werden, da nur hier eine Aussteuerung ohne Begrenzung möglich ist: In der oberen Solllage bei 1.6mm würde die Auslenkung der Shutterwippe aufgrund der großen Resonanzüberhöhung mechanisch begrenzt. Eine Verkleinerung des Eingangssignals ist mit den gegebenen Messmitteln nicht möglich. Aufgrund der asymmetrischen Betriebsart des Emitterfolgers in der Endstufe würde das Eingangssignal auf die positiven Halbwellen begrenzt werden. 3 Hierzu wurde der sog. Inrush-Current verschiedener Labornetzteile überprüft. Dabei zeigt sich, dass es bei Schalten kapazitiven Lasten trotz eingestellter Strombegrenzung zu extremen Überschwingen der Strompulse kommt 42

Amplitude[dB] Abbildung 6-5: Frequenzgang der Regelstrecke 6. Verifikation des Regelungssystems ‐120 0 50 100 150 200 ‐150 Bestimmung der Streckenparameter aus den Messergebnissen: Da sich die Frequenzgänge der verschiedenen Shutterexemplare aufgrund unterschiedlicher Parameter geringfügig unterscheiden, soll für die mathematische Modellbildung aus den experimentell ermittelten Verläufen, durch Mittelwertbildung, ein allgemeineres Modell erzeugt werden, das in Näherung auch für künftige Shutterexemplare repräsentativ ist. Zu diesem Zweck wird der Frequenzgang der untersuchten Shutterexemplare im relevanten Bereich um die Resonanzerhöhung mit einer Auflösung von 0.001Hz ermitteln, wie exemplarisch aus Abbildung 6-6 ersichtlich ist. A[dB] 50 40 30 20 10 0 ‐10 ‐20 ‐30 55 50 45 40 35 30 25 20 15 A 0 =53dB @f 0 =60,14Hz f 0 =60,14Hz @ ϕ 0=‐90° Frequenzgang Strecke Frequenz[Hz] Resonanzüberhöhung der Strecke 55 57 59 61 63 65 Frequenz[Hz] Abbildung 6-6: Bestimmung der dynamischen Kenndaten der Regelstrecke von SR4 43 0 ‐30 ‐60 ‐90 ‐180 0 ‐30 ‐60 ‐90 ‐120 ‐150 ‐180 Phase[deg] Phase[deg] Amplitude (normiert) Phase Amplitude (normiert) Phase

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