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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
[Seminar paper (Midterm)] , (2010)

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.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2010
Creators: Büttgen, Christoph
Title: Auslegung und Aufbau einer Lageregelung für Voicecoil-Aktoren
Language: German
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.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Mathematik Software MATLAB, Parameteridentifikation, PI-Regler, Regelung mit LabView, Simulationsprogramm SIMULINK, Steuerung Mit LabView
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 05 Sep 2011 14:04
Additional Information:

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)

Identification Number: 17/24 EMKS 1731
Referees: Kohlstedt, Dipl.-Phys Mark and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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