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DECIGO pathfinder の 試験マス制御系の開発 (2) PowerPoint PPT Presentation


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DECIGO pathfinder の 試験マス制御系の開発 (2). 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. 目次. 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. 目次. 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. 概要. ● 目的

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DECIGO pathfinder の 試験マス制御系の開発 (2)

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Presentation Transcript


Decigo pathfinder 2 l.jpg

DECIGO pathfinder の試験マス制御系の開発(2)

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


Slide2 l.jpg

目次

  • 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


Slide3 l.jpg

目次

  • 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


Slide4 l.jpg

概要

●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。


Slide5 l.jpg

目次

  • 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


Slide6 l.jpg

試験マスモジュール

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

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

  • ・・・

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。

Concept of design

Test mass module ×2


Slide7 l.jpg

ローカルセンサー、アクチュエータ

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

Concept of design

Test mass module ×2


Slide8 l.jpg

制御系

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


Slide9 l.jpg

静電センサー、静電アクチュエータの動作実験の流れ

●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。

●地上試験機

●自由落下制御実験

制御性の確認

0.1Hzでフリーな懸架系を予定

6自由度同時動作の確認


Slide10 l.jpg

目次

  • 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


Slide11 l.jpg

2段振り子

0.1mmタングステン

18cm

eddy current

ダンピング

0.285mm釣り糸

18cm

極板

センサー,アクチュエータ回路

 試験マス(絶縁)

半径5cm, 幅6cm, 1.25kg, アルミ

実験のセットアップ

横からの図

上からの図

回路

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。


Slide12 l.jpg

静電センサーの原理①

電流I1

読み出し回路

電流差

- -

C1

+ +

- -

  • - -

  • - -

  • - -

+++

ーーーーーー

+ +

+++

+ +

+ +

C2

- -

  • インジェクション電圧

  • 試験マスを分極させる

電流I2

試験マスの位置変化

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


Slide13 l.jpg

2自由度センシング

読み出し回路

読み出し回路

マトリックス回路(+and-)

電流差

電流差

Gain

並進成分出力

回転成分出力

Gain

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


Slide14 l.jpg

並進、回転の自由度分離

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。


Slide15 l.jpg

並進、回転の自由度分離

Displacement [mrms/rtHz]

Error [Vrms/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。


Slide16 l.jpg

静電アクチュエータの原理

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

オフセットを加えることで線形領域で使用する

Vin

発生する力

この領域を利用

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→

赤色:電圧を加える

矢印:試験マスの動き

極板→

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。


Slide17 l.jpg

静電アクチュエータの効率

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:

極板の大きさなどから計算した結果:

静電アクチュエータの効率:

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


Slide18 l.jpg

目次

  • 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


Slide19 l.jpg

2自由度制御実験

センサーで、X,θの位置をセンス

X

フィルタ

読み出し回路

電流差

X

アクチュエータ

θ

θ

F

Matrix

F


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2自由度制御の実験結果

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。


Slide21 l.jpg

2自由度制御の実験結果

エラー信号のノイズスペクトル

Open loop 伝達関数

X

Not yet calibrated

θ

2自由度同時動作を確認した


Slide22 l.jpg

まとめ

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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