Aktive Schwingungsdämpfung am Lego-Breadboard

Hallo zusammen. Im letzten Eintrag wurde aktive Schwingungsdämpfung an einem einfachen System gezeigt. Nun wollen wir vier dieser Regelkreise nutzen, um das Lego-Breadboard mit einer aktiven Dämpfung zu versehen. Dazu werden zunächst vier Sensoren (ADLX335), über den jeweiligen Aktoren, auf dem Breadboard angebracht: Sensor_PlatteZur Montage dienen Sensorgehäuse in Form von Legosteinen aus dem 3D-Drucker:SensorDie Platinen mit der Elektronik und zwei Aktorverstärker (Sure Electronics TPA250) werden in einen Kasten gepackt und die einzelnen Regelkreise, wie im Betrag vorher, verbunden:ElektronikInsgesamt ergibt sich ein ziemlicher Kabelsalat. Aber für erste Test und Messungen reicht es.

Die Vermessung des Breadboards gestallten wir wieder wie im Beitrag zuvor. Zunächst wird ein weiterer Sensor vom Typ ADLX335 in die Mitte des Breadboards gebracht und der Sensor zur Analyse an ein FFT-Analyser angeschlossen:Sensor_auf_Platte1

Messung 1:

Der erste Test des Dämpfungssystems erfolgt durch mittiges Anstoßen der Platte. In den folgenden beiden Abbildungen ist der zeitliche Verlauf des Sensorsignals (grün) und das Frequenzspektrum (gelb) mit und ohne aktive Dämpfung gezeigt:

Messung 1 ohne Dämpfungssystem:Messung1ohne_strichMessung 1 mit aktiviertem Dämpfungssystem:Messung1mit_strichOhne aktive Dämpfung klingt die Schwingung langsam über die Zeit ab. Mit aktiver Dämpfung klingt die Schwingung wesentlich schneller und steiler ab. In den Abbildungen wurden rote Linien vom Beginn des Stoßes bis zur etwa gleichen Signalstärke gezogen. Ohne Dämpfung ist die rote Linie 0,70 s lang, mit Dämpfung nur 0,13 s.

Die Resonanzfrequenz lässt sich im Spektrum des Sensorsignales (gelber Graph) ablesen und beträgt etwa 20 Hz

Messung 2:

Die zweite Messung erfolgt mit einer äußeren Störung. Dazu stellen wir den Aktor mit Masse, den wir schon im vorherigen Beitrag verwendet haben, auf die Grundplatte unseres Versuchsaufbaus:AnregungAls Anregefrequenz verwenden wir die Resonanzfrequenz der Platte von 20 Hz. Dadurch gerät das Legobreadboard merklich in Schwingung. Als erstes ist der zeitliche Verlauf des Sensorsignals ohne aktive Dämpfung gezeigt:Messung2ohneIm Signalverlauf erkennt man eine sinusförmige Schwingung. Bei 20 Hz beträgt die Amplitude des Frequenzspektrums 30,42 mVr. Mit aktivem Dämpfungssystem geht die Schwingung zwar nicht auf null, aber sie wird stark gedämpft:Messung2mitDort beträgt die Amplitude des Frequenzspektrums bei 20 Hz 4,73 mVr. Insgesamt ergibt sich hier eine Dämpfung von 81,1 %.

An diesem Demonstrator wurde gezeigt, dass man den einfachen Regelkreis, aus dem vorherigen Beitrag, mehrfach nutzen kann, um auch komplexere und größere Systeme zu dämpfen.

Vorheriger Beitrag: https://www.openadaptronik.de/2017/07/19/aufbau-eines-aktiven-daempfungssystems-am-beispiel-eines-einfachen-systems/


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