Kapitel 6 Entwurf des Reglers auf endliche Einstellzeit - Christian ...

75
Kapitel 10
Zusammenfassung
Bei der FC(Fluorescence-Clamp)-Maschine stellt ein Regler die Lichtintensität der Meßlicht-
LED so ein, daß die gemessene Chlorophyll-Fluoreszenz einem vorgegebenen Sollwert
entspricht. Dann ist die Meßlichtintensität ein Maß für die Exzitonenfüsse Φ am
Photosystem II. Die Aufgabe dieser Arbeit war die Entwicklung einer portablen und
möglichst auch besseren Version der FC-Maschine als die Vorversion von Schinner et al.
(2000).
Wie bei der Vorversion in Analogtechnik von Schinner et al. (2000) gibt es einen
Hellregelkreis zur Messung des Zustandes des Blattes über die Intensität der Meßlicht-LED
und einen Dunkelregelkreis für die Kompensation des Hintergrundlichtes, bei dem der dazu
nötige Strom über einen Transistor eingespeist wird. Dadurch kann die Größe des
Yieldsignals des Photodetektors optimal an den Aussteuerbereich der AD-Wandler angepaßt
werden.
Die Regelung wird bei der neuen digitalen FC-Maschine von einem Computerprogramm
übernommen. Ein Regler endlicher Einstellzeit wurde gewählt, damit eine möglichst schnelle
Regelung gelingt. Der Regler endlicher Einstellzeit besteht aus einer Steuerung und einer
Regelung. Die Steuerung nutzt das Vorwissen über das System aus, die eine schnelle
Einregelung in endlicher Einstellzeit ermöglicht. Die Regelung ist das Sicherheitsnetz, das
immer funktioniert. Es wurde nur das Nötigste als analoger elektronischer Aufbau noch
beibehalten und möglichst viel durch Computerprogramme ersetzt. Es blieben noch die
Ansteuerung der Regelungs-LED und die Ansteuerung der Stromeinspeisung zur
Kompensation des Hintergrundlichtes und der Photodetektor übrig.
Das Wissen über das analoge System, das in der Kenntnis der Gleichspannungsverstärkung
und der Zeitkonstanten des analogen Systems besteht, wurde zuerst aus
Frequenzgangmessungen gewonnen. Als effektiver und für den späteren Einsatz an
unbekannten Systemen erwies sich aber ein neuentwickelter Computeralgorithmus, der die
optimalen Parameter selber sucht.
Die zwei gefundenen Zeitkonstanten stammen aus dem Photodetektor und kommen daher in
Dunkel- und Hellregelkreis gleichermaßen vor, so daß diese die gleiche Stellfunktion u haben.
Man muß nur berücksichtigen, daß die Gleichspannungsverstärkung r 0 der beiden
unterschiedlich ist und kann ansonsten den gleichen Regler für beide Regelkreise verwenden.
Bei dem Hellregelkreis ist die Gleichspannungsverstärkung r 0(HELL) vom Zustand des Blattes
abhängig. Da der Regler endlicher Einstellzeit seine Stärke der schnellen Einregelung nur
ausspielen kann, wenn das Vorwissen stimmt, wird die Gleichspannungsverstärkung des
Hellkreises r 0(HELL) laufend korrigiert.
Neben der Veränderung des Grundprinzips gab es auch technische Verbesserungen: Als
Blitzlicht wurden blaue LEDs anstatt der bisherigen Halogenlampe, die durch einen Shutter
geschaltet wurde, verwendet, so daß die Zeit der Unterbrechung durch die Ausregelung beim
An- oder Ausschalten des Blitzlichtes von 30 ms auf höchstens 2 ms verkürzt werden konnte.