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Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Verifikationstest für einen mikromechanischen Shutter im Rahmen ...

Munich University of

Munich University of Applied Sciences Department of Precision and Micro-Engineering, Engineering Physics Laboratory for Control Engineering Prof. Dr.-Ing. R. Froriep Abstract of Diploma-Thesis By Fabian Böck, born January 18, 1985 Submitted on: 20.04.2010 Prepared at: Kayser - Threde GmbH, Munich; Supervisor: Dr.-Ing. Thomas Zeh and at MUAS Subject: Verification test for a micromechanical shutter in the context of the MERTIS spacecraft Mission The present exposition is concerned with the design, implementation and interpretation of applicable verification tests for the inspection and evidence of operability of a micromechanical shutter within the specified requirements. The Shutter provides a component part of an optical instrument on board of a mercury satellite for the examination of the mercury’s surface. For assuring the shutter’s operational readiness regarding the opening and closing of an optical path for the specified duration of the mission after 6 years of travelling through space, extensive procedures are necessary to provide an extraordinary safeguarding against failure in rough ambient conditions. Therefore the shutter’s durability is revised and the relevant influencing variables, which could alloy the operability during handling, are exposed, studied and quantified. Those influencing variables are adopted to a control engineering system investigation for assuring and demonstrating the positioning control system’s robustness and stability.

Inhalt: 1. EINLEITUNG .......................................................................................................................................... 1 2. AUFGABENSTELLUNG ........................................................................................................................... 6 3. GRUNDLAGEN DES MIKROMECHANISCHEN SHUTTERS UND DESSEN VERIFIKATIONSPROZESS ............... 7 3.1. FUNKTION UND AUFBAU DES SHUTTERS ........................................................................................................ 7 3.2. DER VERIFIKATIONSPROZESS IN DER RAUMFAHRT ............................................................................................ 9 3.3. ANALYSE UND KLASSIFIZIERUNG DER RELEVANTEN ANFORDERUNGEN (REQUIREMENTS) ........................................ 11 4. VERIFIKATION DER MECHANISCHEN BELASTBARKEIT .......................................................................... 12 4.1. VORGEHENSWEISE .................................................................................................................................. 12 4.2. VORBEREITUNG ...................................................................................................................................... 14 4.3. DURCHFÜHRUNG .................................................................................................................................... 16 4.4. AUSWERTUNG ........................................................................................................................................ 17 5. VERIFIKATION DER LEBENSDAUER ...................................................................................................... 19 5.1. AUFBAU DES LEBENSDAUERPRÜFSTANDES (GROUND SUPPORT EQUIPMENT) ...................................................... 20 5.2. MESSTECHNISCHE DATENERFASSUNG ......................................................................................................... 21 5.3. DURCHFÜHRUNG DES TEST ....................................................................................................................... 22 5.4. AUSWERTUNG DES TESTS ......................................................................................................................... 27 6. VERIFIKATION DES REGELUNGSSYSTEMS ............................................................................................ 35 6.1. UNTERSUCHUNG DES STATISCHEN UND DYNAMISCHEN VERHALTENS ................................................................. 35 6.1.1. Mechanische Struktur .................................................................................................................... 36 6.1.2. Aktorik ........................................................................................................................................... 46 6.1.3. Sensorik ......................................................................................................................................... 50 6.1.4. Stromregelkreis ............................................................................................................................. 57 6.1.5. Positionsregelung .......................................................................................................................... 60 6.2. ANALYSE DER STÖRGRÖßEN ...................................................................................................................... 65 6.2.1. Mechanische Struktur .................................................................................................................... 65 6.2.2. Aktorik ........................................................................................................................................... 66 6.2.3. Sensorik ......................................................................................................................................... 80 6.3. ROBUSTHEITSUNTERSUCHUNG ................................................................................................................... 85 6.3.1. Anforderungsanalyse .................................................................................................................... 85 6.3.2. Ausgangspunkt der Untersuchung ................................................................................................ 85 6.3.3. Messtechnische Robustheitsuntersuchung ................................................................................... 91 6.3.4. Simulationstechnische Robustheitsuntersuchung ......................................................................... 93 6.4. STABILITÄTSUNTERSUCHUNG ..................................................................................................................... 96 7. MÖGLICHKEITEN ZUR OPTIMIERUNG VON REGLER, ROBUSTHEIT UND STABILITÄT ............................ 100 8. DISKUSSION ..................................................................................................................................... 104 9. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK ............................................................................................... 107 10. VERWENDETE ABKÜRZUNGEN .......................................................................................................... 109 11. ANHANG .......................................................................................................................................... 110 A TABELLEN ................................................................................................................................................. 110 B LABVIEW SOFTWARE ................................................................................................................................. 117 C MAGNETFELDSIMULATION ........................................................................................................................... 120 D MATLAB‐SIMULINK MODELL DES SHUTTERSYSTEMS ....................................................................................... 124 E ABBILDUNGSVERZEICHNIS ............................................................................................................................ 125 F LITERATURVERZEICHNIS ............................................................................................................................... 128

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