Sonderforschungsbereich 516
Konstruktion und Fertigung aktiver Mikrosysteme

Sachbearbeiter:

M. Sc. V. Ganesan

Dipl.-Ing. K. Wiedmann

Das Ziel dieses Teilprojektes ist die Neu- und Weiterentwicklung von Steuerungs- und Regelungsalgorithmen sowie der zugehörigen Leistungselektronik, die eine kontrollierte Bewegung und exakte Positionierung aktiver Mirkosysteme ermöglichen. Die Steuerung und Regelung der Aktoren in Kombination mit der Leistungselektronik bestimmt maßgeblich das dynamische Verhalten und die Positioniergenauigkeit der Aktoren. Daher liefert dieses Teilprojekt wesentliche Bausteine zu einem funktionierenden Systembaukasten für Mikrolinearaktoren nach dem elektromagnetischen Prinzip.

Für die Bildung des physikalischen Modells zur Voruntersuchung der Steuer- und Regelkonzepte sind die Erkenntnisse des Teilprojekts A1 (Kraftwirkung in Abhängigkeit von Weg) von besonderer Bedeutung.

Für den Planaraktor und den doppelseitigen Aktor sind dynamische Modelle mit Hilfe des Programmpakets Matlab/Simulink in enger Zusammenarbeit mit den Teilprojekten A1 und C2 zu entwickeln. Weiterhin wird das elektrische Verhalten der Linearaktoren in Abhängigkeit von der Lage bestimmt und modelliert.

Abb. 1: Modell des Mikrolinearmotors

Durch Vergleich der Simulations- und Messergebnisse in enger Zusammenarbeit mit den Teilprojekten A1 und B6 werden die Modelle überprüft und das spezifische physikalische Verhalten der Mikroaktoren untersucht. Zur Nachbildung des Dämpfungsverhaltens des Aktorsystems ist eine detaillierte Analyse des Reibverhaltens notwendig.

Die geplanten Aktoren erfordern eine Erweiterung der bisherigen Steuerungs- und Regelungsalgorithmen für Einzelaktoren. In enger Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt A1 werden die Steuerungsalgorithmen entwickelt und zunächst per Simulation verifizieren.

Die geplanten Aktoren erfordern eine Erweiterung der bisherigen Steuerungs- und Regelungsalgorithmen für Einzelaktoren. In enger Zusammenarbeit mit dem Teilprojekt A1 werden die Steuerungsalgorithmen entwickelt und zunächst per Simulation verifizieren.

Zur Lageregelung ist die Rückführung eines Lage-Istwertes erforderlich. Es soll untersucht werden, inwieweit nicht bestromte Systeme zur Positionserfassung verwandt werden können. Herausforderung sind an dieser Stelle die geringen Geschwindigkeiten und der große ohmsche Widerstand der Aktoren. Außerdem soll die Übertragbarkeit der aus dem makroskopischen bekannten Verfahren evaluiert werden.

Für die leistungselektronische Endstufe wird eine Lösung erarbeitet, die an die Eigenschaften mikrotechnischer Aktoren angepasst ist und den Anforderungen an Effizienz und Miniaturisierbarkeit gerecht wird. Die Ansteuerung soll einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Dabei ist eine hohe Pulsfrequenz bei variabler Ausgangsspannung erforderlich, um die bei mikrotechnischen Aktoren besonders niedrigen elektrischen Zeitkonstanten zu berücksichtigen. Die entwickelte Leistungselektronik wird zur Verifikation der Regelung in die Versuchsaufbauten übernommen.

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