Identifikation der Position eines elektromagnetisch gehaltenen Körpers

Zusammenfassung: Magnetlager sind aktive Systeme, die dazu dienen, einen Körper berührungsfrei zu halten oder aktiv zu beeinflussen. Grundsätzlich ist es erforderlich, die Position des gehaltenen Körpers zu bestimmen und über einen Regelkreis zu stabilisieren. Ziel der Arbeit war es, die Position über die elektrischen Zustandsgrößen der Haltemagneten zu ermitteln, um externe Sensoren einzusparen. Ob physikalische oder technische Grenzen sensorlosen Betrieb grundsätzlich zulassen, war zu ermitteln. Ein Magnetisches Axiallager am Institut sollte auf sensorlose Betriebsmöglichkeiten untersucht werden. Im Verlauf der Arbeit wurde ein Axiallager als Demonstrationsmodell aufgebaut, das in der Lage ist, einen Toroiden (Ringkern) aus Ferrit im geregelten Magnetfeld frei schweben zu lassen. Für die waagrechte und senkrechte Achsrichtung sind zwei identisch aufgebaute Systeme synchronisiert in Betrieb. Jedes System enthält zwei Elektromagnete, zwischen denen sich der Rotor befindet. Die Ansteuerung unterteilt sich zeitlich in einen Meßtakt und einen Lasttakt. Im Meßtakt wird der Stromanstieg zweier gegenüber angeordneter Haltemagnete bei einem Spannungsimpuls bewertet. Der dazwischen schwebende Rotor erhöht in dem näher liegenden Magneten die Induktivität und bewirkt einen langsameren Stromanstieg. Bei Messung in Brückenschaltung besteht ein annährnd linearer Zusammenhang zwischen der Differenz der Zeitkonstanten und der Wegabweichung. Der Lasttakt ist ein pulsbreiten-modulierter Stromimpuls in dem jeweils angesteuerten Magneten. Es wurde eine Zweipunkt-Regelung realisiert. Schnittstellen für verbesserte Regelungen stehen zur Verfügung. Technische Daten: * Ist-Wert: Richtung (1 bit) * Betrag: Auflösung 10 Schritte * Sollwert: Analoger Eingang ±5V * Haltemagnetematerial und des Toroiden: Ferrit "K 2004" * Masse des Toroiden: 30g * Luftspalt bei zentriertem Toroiden: 1,5mm * Ansteuer und Messfrequenz: 3,5kH