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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 Durch Quotientenbildung der konstanten Sensorausgangsspannung und der nachgeregelten Brückenversorgungsspannung kann der temperaturabhängige Drift der Ausgangsspannung zu -0.36[%/K] bestimmt werden. Die verbleibende Differenz von -0.11[%/K] kann nun aufgrund der proportionalen Fehlerfortpflanzung über die Brücke auf den Temperaturgang des Magneten zurückgeführt werden, der vom Hersteller in guter Übereinstimmung mit -0.12[%/K] (vgl. Tabelle 11-12) angegeben wird. Da der Temperaturgang der Sensorik nun betragsmäßig bekannt ist, kann er kompensiert werden. Hierzu wird zwischen Referenzspannungsversorgung und Brückeneingangsklemmen ein OPV geschaltet, der in der Gegenkopplung mit einem weiterem GMR Sensor so beschaltet wird, dass sich die Verstärkung so verhält, dass ein Verlauf von Vcc erzielt wird, der dem oben dargestellten entspricht. Die verwendete Schaltung wird in Tabelle 11-8 dargestellt, das dadurch erzielte temperaturabhängige statische bzw. dynamische Verhalten in Abbildung 6-46 bzw. Abbildung 6-47. URefOut ‐10 ‐5 ‐2 0 5 10 Abbildung 6-46: statische Kennlinie der Schaltung zur Kompensation des Temperaturkoeffizienten des Sensors Abbildung 6-47: Frequenzgang der Temperaturkompensationsschaltung 8 6 4 2 0 ‐4 ‐6 ‐8 URefIn Temperaturkompensation 0,0001 150 ‐10 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 T↑ A[dB] 10 0 ‐20 ‐30 ‐40 ‐50 ‐60 84 T↑ Temperaturkompensation Frequenz [kHz] 200 100 50 0 Phase[deg] Statische Kennlinie T=20°C Amplitudengang simuliert 20°C Amplitudengang gemessen 20°C Phasengang simuliert 20°C Phasengang gemessen 20°C

6.3. Robustheitsuntersuchung 6.3.1. Anforderungsanalyse 6. Verifikation des Regelungssystems Ziel der Robustheitsuntersuchung ist es nachzuweisen, dass die Shutterwippe in allen in Kap. 3.3 spezifizierten Betriebssituationen innerhalb der geforderten Toleranzen positioniert werden kann. 6.3.2. Ausgangspunkt der Untersuchung Messtechnische Untersuchung Den Ausgangspunkt der nachfolgend angestellten Untersuchungen stellt eine PD-T1-Regelung dar, deren Parameter im dSPACE HIL-System auf die Regelstrecke des Shuttermodells SR#1 optimiert und getestet wurden. Der dadurch im Real-Time-System erzielte zeitliche Verlauf der Regelgröße x ist [3] einschließlich des vom Signalverlauf einzuhaltenden Toleranzfensters dargestellt. Die Stellgröße wurde dabei auf Imax=0.7A begrenzt. Die so gefundene optimale Konfiguration der Parameter des digitalen Reglers wurde daraufhin auf Schaltungsebene analogelektronisch realisiert. Der bei einer Stellgrößenbegrenzung von wiederum Imax=0.7A erzielte Signalverlauf wird ebenfalls in [3] dargestellt. Hierbei wurde ein Nachstellbedarf der Parameter festgestellt, um mit dem Analogregler dasselbe Regelungsverhalten des Shutters wie im dSPACE-System zu erzeugen, dessen Ursache jedoch nicht geklärt werden konnte. In beiden Fällen konnten die geforderten Zeitund Positionstoleranzen bezüglich der oberen Sollwertlage erreicht werden. Hierzu wurde der Regler bezüglich des Überschwingens in der oberen Sollwertlage optimiert, was jedoch ein Einhalten der zeitlichen Toleranz des Einschwingvorgangs in das Lagetoleranzfenster der unteren Solllage erschwert. Hierfür verantwortlich zeigt sich der starke Stellgrößenausschlag, den der D-Anteil aufgrund schneller Regeldifferenzänderungen verursacht. Da der Shutter SR#1 für die angestrebten Untersuchungen nicht mehr zur Verfügung steht, muss der optimierte Reglerentwurf zunächst auf die Strecke eines baugleichen Modells SR#4 übertragen werden. Dies ist nötig da, sich die Parameter der mechanischen Struktur aufgrund von fertigungstechnischen Toleranzen minimal unterscheiden. Die zum Entwurf des SR#1- Reglers verwendete Control-Elektronik soll zunächst unverändert übernommen werden, mit Ausnahme der Sensorik: Da die verwendeten GMR-Sensoren selbst innerhalb gleicher Chargen stark unterschiedliche Offsetwerte der statischen Kennlinie aufweisen, muss die Sensorbrückenspannung abgeglichen und die Sollwertvorgabe an das Signal der Messverstärkerschaltung angepasst werden. 85

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