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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 idealen zur Spule konzentrischen Position und thermische Effekte, die in der Rechnung nicht berücksichtigt wurden. 6.2.3. Sensorik Abbildung 6-44:Signalflussplan der Sensorik Die Sensorik stellt wie die Aktorik einen der Haupteinflussfaktoren auf die Robustheit des Regelungssystems dar, weshalb die einwirkenden Störgrößen gesondert analysiert werden. Um die Störeinflüsse zu verringern, wird im Laufe der Analyse eine Temperaturkompensation implementiert. Wie den Herstellerangaben in Tabelle 11-11 zu entnehmen ist, driften sowohl die Werte der Brückenwiderstände gleichsinnig über der Temperatur als auch die Sensorempfindlichkeit, was letztendlich in einer Temperaturabhängigkeit des Sensorsignals ΔVout resultiert. Zusätzlich tritt noch eine temperaturbedingte reversible Entmagnetisierung des Sensormagneten im Bereich von -10°C- +50°C auf, die Einfluss auf das Sensorsignal ausübt. Da die Regelgüte und die Positionstreue der Shutterauslenkung (siehe Kap. 6.3) mit dem Faktor der Signalverstärkung unmittelbar von der Genauigkeit des Messsignals abhängen, sind nur sehr kleine Temperaturabhängigkeiten tolerierbar, da die Requirements eine uneingeschränkte Funktionsfähigkeit von -10C° bis +50°C fordern. Neben der Temperaturabhängigkeit weist die Übertragungskennlinie in Abbildung 6-15 nur einen kleinen linearen Arbeitsbereich auf, über dessen Grenzen hinaus starke Nichtlinearitäten auftreten. Der Einfluss der Temperaturstörgrößen sowie der Lage des Arbeitsbereichs auf der Sensorkennlinie wird durch die im Folgenden beschriebenen Verifikationsmaßnahmen überprüft, um die Auswirkungen auf die Reglerrobustheit untersuchen zu können. 80

6. Verifikation des Regelungssystems Sensormagnet Bei dem für die Abstandsmessung verwendeten Dauermagneten handelt es sich um einen NdFeB Magnet vom Typ N-35. Für NdFeB existiert eine Normreihe, wobei die Legierungszusammensetzung bezüglich des maximalen Energieprodukts (BH)max genormt ist, dessen Wert im gaußschen Einheitensystem ([MGsOe]) der Typenbezeichnung entspricht. Da für den gegebenen Sensormagneten seitens Lieferanten keine Warenausgangskontrolle durchgeführt wurde und keine geeigneten Messmittel zur Verfügung stehen, werden zur Charakterisierung der Eigenschaften die Normwerte angenommen, die in Tabelle 11-12 aufgeführt sind. Der zur Festlegung des Arbeitspunkts nötige Permeanzkoeffizient cotβ wird über den geometrie- und materialabhängigen Entmagnetisierungsfaktor N ermittelt. Der offene magnetische Kreis kann durch eine äquivalente elektrische Schaltung modelliert werden, wobei die inhomogene innere Feldverteilung durch die geometrie- und materialabhängige Reluktanz 14 repräsentiert wird. Aus der Analyse des magnetischen Kreises kann dann wg. µrNdFeB≈1 eine Näherung für den Zusammenhang von N mit der Geometrie eines zylinderförmigen Stabmagneten bestimmt werden: [17]. Mit Länge l=1mm und Durchmesser d=1mm folgt Pc=2.25. Das Ergebnis zeigt sehr gute Übereinstimmung mit den Werten, die in der Literatur mit beispielsweise N=0.3116 [18] angegeben werden. Hieraus resultieren die in Tabelle 11-12 aufgeführten Eigenschaften. Temperaturkoeffizient des Brückenwiderstands: Zur Bestimmung des Temperaturkoeffizienten des Brückenwiderstands werden die Widerstände zwischen den jeweils benachbarten bzw. gegenüberliegenden Anschlusspads bestimmt. Da die Temperaturgänge aller 6 Parallelschaltungskombinationen mit TkRnm=0.22[%/K] identisch sind, kann daraus geschlossen werden, dass der Temperaturkoeffizient der einzelnen Widerstände dem des Gesamtbrückenwiderstands entspricht, der auch im Datenblatt mit 0.24±0.02[%/K] angegeben ist. Setzt man an: 1 14 Die Reluktanz oder auch magnetischer Widerstand ist der Proportionalitätsfaktor zwischen magnetischer Durchflutung und magnetischem Fluss. Der Kehrwert der Reluktanz wird als Permeanz bzw. magnetischer Leitwert bezeichnet. 81

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