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Report
東京大学 天文学専攻 陳聃(チンタン)
川村静児、阿久津智忠、上田暁俊、鳥居泰男、田中伸幸、新谷昌人、
佐藤修一、安東正樹、権藤理奈、大渕喜之、岡田則夫、藤本眞克
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概要
DPFと試験マスモジュール
本実験の位置付け
静電センサー、静電アクチュエータの原理
2自由度制御実験の結果
まとめ
2
概要
DPFと試験マスモジュール
本実験の位置付け
静電センサー、静電アクチュエータの原理
2自由度制御実験の結果
まとめ
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●目的
DPFで使用される試験マス保持に必要なローカルセンサー、ロー
カルアクチュエータの性能や特性の評価
●本実験
振り子を試験マスに見立てて、ローカルセンサー、ローカルアク
チュエータの2自由度の同時動作を確認した。
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概要
DPFと試験マスモジュール
本実験の位置付け
静電センサー、静電アクチュエータの原理
2自由度制御実験の結果
まとめ
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DPF: DECIGO Pathfinder
試験マスモジュール
主干渉計(概念図)
F.P. cavity
レーザー源
Test
Mass
試験マスモジュールに求められる機能
•試験マスのローカルな変位の観測
•試験マスの保持
•観測帯域での外乱を抑制
•試験マスのdischarge
•打ち上げ時の衝撃からの試験マス保護
•・・・
Test
Mass
これを実現するための
ローカルセンサー
ローカルアクチュエータ
の開発が必要。
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現在選ばれているセンサー、アクチュエータ
•静電センサー
•静電アクチュエータ
BBMの外観
ふた
センサー、アクチュエータ極板
試験マス(50mm角)
ガードリング
フレーム
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静電アクチュエータ
静電センサ
試験マス
衛星(外枠)
静電センサーが試験マスの変位を検出
元に位置に戻すために、試験マス、衛星に力を加える
今回は試験マスにfeedbackする制御系の動作試験を行った
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●静電センサー、静電アクチュエータを個別に制作・動作確認 済
●センサー・アクチュエータの同時動作(1自由度) 済
●センサー・アクチュエータの同時動作(多自由度)
今回は振り子を試験マスに見立てて、動作実験を行う。
●自由落下制御実験
6自由度同時動作の確認
●地上試験機
制御性の確認
0.1Hzでフリーな懸架系を予定
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概要
DPFと試験マスモジュール
本実験の位置付け
静電センサー、静電アクチュエータの原理
2自由度制御実験の結果
まとめ
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横からの図
2段振り子
18cm
0.1mmタングステン
eddy current
ダンピング
18cm
上からの図
回路
0.285mm
釣り糸
回路
極板
試験マス(絶縁)
半径5cm, 幅6cm, 1.25kg, アルミ
センサー,アクチュエータ回路
試験マスの並進運動、回転運動(ヨー)に対する
センサー、アクチュエータの動作確認を行う。
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電流I1
C1
~
V
+
+
+
+
+
+
--
試験マスの
位置変化
+
+
--
+
+
--
+
+
+
+
--
C2
インジェクション電圧
試験マスを分極させる
--
ー
ー
ー
ー
ー
ー
読
み 電
出 流
し 差
回
路
--
電流I2
コンデンサー容量が変化し、
電流が発生
電流差を読み取ることで試験マスの位置を知ることができる
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読
み 電
出 流
し 差
回
路
Gain
~
読
み 電
出 流
し 差
回
路
Gain
並進成分出力
回転成分出力
+and-
V
マ
ト
リ
ッ
ク
ス
回
路
(
)
2組のセンサーの足し合わせ割合を調節
テストマスの
並進運動と回転運動が読み取れる
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2つのセンサーのgainを調整することで自由度の分離を試みた
1Hz
1.7Hz
各成分のエラー信号
振り子に外力を与えたところ、X, θ成分の信号が、
それぞれの共振周波数で動いていた。
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Error [Vrms/rtHz]
Displacement [mrms/rtHz]
Frequency [Hz]
Frequency [Hz]
各自由度のエラー信号のスペクトル
各々の共振点が見え、カップリングは少ない
並進運動、回転運動の自由度がほぼ分離ができた
Θ成分はCalibrationができていない。
calibration機能をそなえた装置を準備中。
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コンデンサーに電圧 V をかけたときに発生する静電気力 F は、
F  V 2
F
Vin
オフセットを加えることで線形領域で使用する
発生する力
この領域を利用
F  V (引力)
引力しか発生しないので試験マスを極板で挟む必要がある。
極板→
試験マス→
極板→
赤色:電圧を加える
矢印:試験マスの動き
DCでも力を加えられるが、観測帯域での試験マスの分極を避けるた
めに、200Hzの変調をもちいた。
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静電アクチュエータに電圧を加え、試験マスの変位を静電センサーで測定した
(X成分)
実験データからの結果:
静電アクチュエータの効率:110 N / V 
極板の大きさなどから計算した結果:
2
静電アクチュエータの効率: 0.110 N / V 
2
極板-試験マス間隔の設定誤差が効いている可能性がある
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概要
DPFと試験マスモジュール
本実験の位置付け
静電センサー、静電アクチュエータの原理
2自由度制御実験の結果
まとめ
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X
センサーで、X, θの位置をセンス
読
み 電
出 流
し 差
回
路
X
フィルタ
アクチュ
エータ
θ
θ
V
Matrix
Vx
F
F
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X成分の制御 ON
θ成分の制御
ON
制御をかけると、フィードバック信号が立ち上がり、
エラー信号が速やかに一定値に近づく
制御により、少なくとも各自由度の共振を同時に抑えることに成功した。
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エラー信号のノイズスペクトル
Open loop 伝達関数
Not yet calibrated
X
θ
2自由度同時動作を確認した
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まとめ
DPFのローカルセンサー、アクチュエータとして、静電セン
サー、静電アクチュエータが現在候補である。
静電センサーを使用した2自由度のセンシングの分離を行っ
た。
静電センサー、静電アクチュエータによる2自由度同時動作の
確認を行った。
今後について
0.1Hzでフリーな地上試験機を作成し、制御性の確認を行う。
自由落下を利用し、6自由度の同時動作の確認を行う。
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