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Auslegung und Aufbau einer Lageregelung für Voicecoil-Aktoren

Büttgen, Christoph :
Auslegung und Aufbau einer Lageregelung für Voicecoil-Aktoren.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2010)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Ziel dieser Studienarbeit ist die Auslegung und der Aufbau einer Lageregelung für zwei Voicecoil-Aktoren der Firma SMAC. Es soll eine lineare Bewegung mit einer Geschwindigkeit von 15 – 120 µm/s mit Schwingungen von maximal ±12,5 nm in zwei getrennten Teilsystemen realisiert werden. Um eine optimale Regelung zu finden wird eine Sitzung mit mehreren Regelungstechnikexperten einberufen. Die Bewertung des Resultats dieser Sitzung ergibt, dass ein PI Regler mit während des Betriebs veränderlichen Parametern die größten Erfolgsaussichten hat.

Aus den Parametern des Aktors und des mechanischen Systems wird ein mathematisches Modell erstellt. Dieses Modell wird in Matlab/Simulink programmiert und mit einem PI-Regler verknüpft. Die Simulation mit mehreren Werten ergibt ein eingeschwungenes System nach spätestens 10s. Dies übertrifft die Anforderung um den Faktor 3,5. Die Aufgabenstellung wünscht einen Wegsensor mit höherer Auflösung, als die in den Aktoren integrierten, verwenden zu können. Eigene Messungen und Rücksprache mit dem Hersteller ergeben, dass dies möglich ist, wenn dieser Sensor ein Quadraturencodersignal im RS 422 Standard ausgibt. Mittels Pro Engineer wird ein Aufbau entwickelt, der identisch für beide Systeme gefertigt wird. Dieser Aufbau trägt den Aktor und spannt beide Membranfedern über der Aktorenachse zentriert ein. Über einen Bolzen wird die Aktorenachse verlängert. Der Spiegel- bzw. Kameraträger wird an diesem Bolzen befestigt. Es ist gewünscht, die Aktoren mit Labview ansteuern zu können. Der Vergleich und die Bewertung mit der Alternative Hyperterminal geht zu gunsten von Labview aus. Das Labviewprogramm sendet die Steuerbefehle an das Steuergerät der Aktoren und gibt die Position der Aktoren aus. Die Berechnung der Geschwindigkeit aus den Positionssignalen wird auf einem Mikrocontroller durchgeführt. Die Regelung wird vom Betreuer durch Vermessung des Aktors mit dem Interferometer überprüft. Es ergeben sich Schwingungen von 30nm, bei denen nicht explizit geklärt werden konnte wie groß der Anteil an Gebäudeschwingungen ist.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2010
Autor(en): Büttgen, Christoph
Titel: Auslegung und Aufbau einer Lageregelung für Voicecoil-Aktoren
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Ziel dieser Studienarbeit ist die Auslegung und der Aufbau einer Lageregelung für zwei Voicecoil-Aktoren der Firma SMAC. Es soll eine lineare Bewegung mit einer Geschwindigkeit von 15 – 120 µm/s mit Schwingungen von maximal ±12,5 nm in zwei getrennten Teilsystemen realisiert werden. Um eine optimale Regelung zu finden wird eine Sitzung mit mehreren Regelungstechnikexperten einberufen. Die Bewertung des Resultats dieser Sitzung ergibt, dass ein PI Regler mit während des Betriebs veränderlichen Parametern die größten Erfolgsaussichten hat.

Aus den Parametern des Aktors und des mechanischen Systems wird ein mathematisches Modell erstellt. Dieses Modell wird in Matlab/Simulink programmiert und mit einem PI-Regler verknüpft. Die Simulation mit mehreren Werten ergibt ein eingeschwungenes System nach spätestens 10s. Dies übertrifft die Anforderung um den Faktor 3,5. Die Aufgabenstellung wünscht einen Wegsensor mit höherer Auflösung, als die in den Aktoren integrierten, verwenden zu können. Eigene Messungen und Rücksprache mit dem Hersteller ergeben, dass dies möglich ist, wenn dieser Sensor ein Quadraturencodersignal im RS 422 Standard ausgibt. Mittels Pro Engineer wird ein Aufbau entwickelt, der identisch für beide Systeme gefertigt wird. Dieser Aufbau trägt den Aktor und spannt beide Membranfedern über der Aktorenachse zentriert ein. Über einen Bolzen wird die Aktorenachse verlängert. Der Spiegel- bzw. Kameraträger wird an diesem Bolzen befestigt. Es ist gewünscht, die Aktoren mit Labview ansteuern zu können. Der Vergleich und die Bewertung mit der Alternative Hyperterminal geht zu gunsten von Labview aus. Das Labviewprogramm sendet die Steuerbefehle an das Steuergerät der Aktoren und gibt die Position der Aktoren aus. Die Berechnung der Geschwindigkeit aus den Positionssignalen wird auf einem Mikrocontroller durchgeführt. Die Regelung wird vom Betreuer durch Vermessung des Aktors mit dem Interferometer überprüft. Es ergeben sich Schwingungen von 30nm, bei denen nicht explizit geklärt werden konnte wie groß der Anteil an Gebäudeschwingungen ist.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Mathematik Software MATLAB, Parameteridentifikation, PI-Regler, Regelung mit LabView, Simulationsprogramm SIMULINK, Steuerung Mit LabView
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 05 Sep 2011 14:04
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1731

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 01-10-2009

Ende Datum: 28-02-2010

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1731
Gutachter / Prüfer: Kohlstedt, Dipl.-Phys Mark ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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