Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Moderator: Tim Sasdrich

Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon cyrezzza » 07.08.2013, 18:04

Hallo liebe User!

Ich geistere nun schon seit einiger Zeit durchs Netz auf der Suche nach einer passenden (praktischen) Lösung für mein Konzept einer aktiven Schwingungstilgung.

Der Schwingtisch, mit dem ich mich derzeit beschäftige, ist auf dem angehängten Bild zu sehen. Eine Kunststoffplatte ist auf 4 Blattfedern aus Federstahl angebracht. Durch die Geometrie der Blattfedern hat der Tisch nur einen Schwingfreiheitsgrad (nennen wir ihn mal x).

Seitlich am Schwingtisch ist eine in der Länge verstellbare Blattfeder selber Dicke mit einer Tilgermasse angebracht. Diese Tilgermasse soll zunächst als passiver Tilger dienen.

Man stelle sich nun folgendes Szenario vor:
Auf der Unterseite der Platte wird ein DC-Motor mit einer kleinen Exzenterstange angebracht. Dadurch entsteht eine (sinusförmige)
(Flieh-)Kraft in x-Richtung. Lässt man den Motor mit Exzenter nun genau in der Eigenkreisfrequenz des Schwingtisches drehen, so kommt es zum Rsonanzfall am Tisch und der Tisch hat seine maximale Schwingamplitude (in x-Richtung). WOW, wie beindruckend!!! :-D

Stellt man jetzt die Länge der Blattfeder am passiven Tilger so ein, dass passiver Tilger und Schwingtisch die selbe Eigenkreisfrequenz haben, dann verschwinden die Schwingungen am Schwingtisch und es schwingt nur noch der passive Tilger.

Teil 2 der Idee ist es nun, auf der Oberseite einen weiteren Motor anzubringen, auf dem ebenfalls eine Exzenterstange montiert ist.

Die aktive Schwingungstilgung stelle ich mir nun folgendermaßen vor:

Mittels eines Beschleunigungssensors wird die Beschleunigung auf der Platte am Schwingtisch gemessen. Das Ausgangssignal des (in diesem Fall analog arbeitenden) Beschleunigungssensor ist eine sinusförmige Spannung. Diese Spannung könnte ich nun über einen OP-Inverter um 180° in der Phase verschieben (und eventuell in der Amplitude verstärken).

Mein Problem: Ich kann dieses Spannungssignal ja so leider nicht auf den Motor leiten, der aktiv die Schwingung tilgen soll, da ich dort ebenfalls einen DC-Motor (einen baugleichen) im Sinn hatte. Eine Wechselspannung auf den Motor zu schalten würde nicht nur NICHT zum Ziel führen, der Motor wäre sicherlich auch nach kurzer Zeit defekt.

Rein theoretisch könnte ich ja das sinusförmige Spannungsausgangssignal des Beschleunigungssensor über einen Zweiweg-Gleichrichter so verändern, dass der Sinus nur positive Bäuche hat. Damit geht aber meiner Meinung
nach die Phasenverschiebung von 180° verloren (warum kann ich euch bei Interesse erklären). Ausserdem muss das gleichgerichtete Spannungssignal ja auch noch gemittelt werden, da der DC-Motor für die aktive Tilgung ja sonst die Drehzahl hoch-, dann wieder runter-, dann wieder hoch, dann wieder runterfährt usw.

Hätte jmd vllt eine Idee wie ich die 180° Phasenverschiebung trotzdem beibehalten kann?

Ich hatte alternativ überlegt, für die aktive Tilgung auf der Oberseite einen Induktionsmotor zu nehmen. Allerdings sind die Teile doch recht schwer und relativ groß für meinen kleinen Aufbau. Ein Drehstrommotor käme theoretisch auch in Frage, aber da habe ich bisher keinen wirklich kompakten gefunden.

Ich freue mich auf eure Antworten und natürlich auch über etwas Hilfe.

Beste Grüße
cyrezzza

PS: Ich habe mein Anliegen bisher in einem anderen Forum gepostet. War jedoch leider nicht zufriedenstellend.
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Schwingtisch.png
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon Anse » 07.08.2013, 20:09

Ich hab nur eine grobe Vorstellung über die Frequenzen die dabei entstehen, 1, 2, 10 oder 100Hz? Wenn es nicht ganz so viel ist, würde ich eine kleinen Linearmotor verwenden, der ein Gewicht von einer Seite zur anderen Seite bewegt. Gibt es für uns auch nähere Informationen über den Beschleunigungssensor?
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon hws » 07.08.2013, 20:16

cyrezzza hat geschrieben:...Mittels eines Beschleunigungssensors wird die Beschleunigung auf der Platte am Schwingtisch gemessen. Das Ausgangssignal des (in diesem Fall analog arbeitenden) Beschleunigungssensor ist eine sinusförmige Spannung. Diese Spannung könnte ich nun über einen OP-Inverter um 180° in der Phase verschieben (und eventuell in der Amplitude verstärken).

Als Kompensations-Schwingelement keinen Motor sondern eine Spule mit Gewicht.

Oder über die Schwingungsfrequenz die Drehzahl des Motors und über die Amplitude die Masse oder deren Auslenkung. (komplizierter)

Dritte Möglichkeit: da man bei der Anregung sowohl Freqenz als auch Amplitude kennt, passend kompensieren. (Motor mir gleicher Frequenz und Excenter)

Nur was soll das, erst aktiv eine Störung erzeugen und dann diese zu kompensieren?
Was ist der Hintergrund des Ganzen?

cyrezzza hat geschrieben:Ich hatte alternativ überlegt, für die aktive Tilgung auf der Oberseite einen Induktionsmotor zu nehmen. Allerdings sind die Teile doch recht schwer und relativ groß für meinen kleinen Aufbau. Ein Drehstrommotor käme theoretisch auch in Frage, aber da habe ich bisher keinen wirklich kompakten gefunden.

Wow, in welchem Leistungsbereich bewegen wir uns denn? (und falls bekannt, in welchem Frequenzbereich - wegen dem Feder-Masse System wird es sich um sinusförmige Signale handeln?)

Wenn es kein Geheimprojekt ist - was soll denn das ganze?
cyrezzza hat geschrieben:PS: Ich habe mein Anliegen bisher in einem anderen Forum gepostet. War jedoch leider nicht zufriedenstellend.[/size]
Welches? Link? (irgendwer kriegt es eh raus!)

hws
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon cyrezzza » 08.08.2013, 08:07

Ich hab nur eine grobe Vorstellung über die Frequenzen die dabei entstehen, 1, 2, 10 oder 100Hz?


Also rein rechnerisch sind es ca. 2Hz mit der der Tisch schwingt.


Dritte Möglichkeit: da man bei der Anregung sowohl Freqenz als auch Amplitude kennt, passend kompensieren. (Motor mir gleicher Frequenz und Excenter)


Das könnte man machen, aber wenn ich den Komsensationsmotor händisch so einstelle, dass die Auslenkungen am Tisch gegen Null gehen, wäre das "etwas zu viel" getrickst.

Als Beschleunigungssensor habe ich mir den hier vorgestellt
http://www.pollin.de/shop/dt/NjU4OTgxOT ... Modul.html

Wow, in welchem Leistungsbereich bewegen wir uns denn? (und falls bekannt, in welchem Frequenzbereich - wegen dem Feder-Masse System wird es sich um sinusförmige Signale handeln?)


Ich denke weit unterhalb von 1kW. Das mit dem Drehstrommotor habe ich in Erwägung gezogen, weil ich den prinzipiell erstmal problemlos um 180° phasenverschoben zum ursprünglichen Motor laufen lassen könnte.

Nur was soll das, erst aktiv eine Störung erzeugen und dann diese zu kompensieren?
Was ist der Hintergrund des Ganzen?

Also ich habe letztes Semester an der Uni ein Fach gehört was mich dazu bewegt jetzt das ganze mal praktisch auszuprobieren.
Und da ich mit den Klausuren für diesen Semester fast durch bin und etwas Freizeit habe, möchte ich mich einfach
mal an was Praktisches Wagen.

Als Kompensations-Schwingelement keinen Motor sondern eine Spule mit Gewicht.

Das klingt gut. Darüber werde ich mir mal Gedanken machen. Bin jetzt nicht so der Spezialist in Sachen Elektronik,
aber ist es den möglich die Spule mit etwa 2 Hz ständig umzupolen? Geht die davon nicht kaputt?


Gestellt habe ich die Frage auf Mikrocontroller.net. Dort hat man mir aber gleich zu einer aktiven Drehzahlregelung der Komsensationsmotors geraten. Naja und das ganze mittels Mikrocontroller zu realisieren ist mir dann doch zu heikel.

PS: Kann mir jmd sagen wie ich zitieren kann mit Anzeige der Usernamen?
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon Anse » 08.08.2013, 09:57

Dein Link ist kaputt.
aber ist es den möglich die Spule mit etwa 2 Hz ständig umzupolen? Geht die davon nicht kaputt?
Kein Problem. Such mal nach H-Brücke.
Ha ich das richtig verstanden, kein Mikrocontroller?
PS: Kann mir jmd sagen wie ich zitieren kann mit Anzeige der Usernamen?
[quote="Name" ] Text[/quote] Nur kein Leerzeichen nach "Name".
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon cyrezzza » 08.08.2013, 10:59

Anse hat geschrieben:Ha ich das richtig verstanden, kein Mikrocontroller?

Ja genau. Das dürfte meiner Meinung nach auch ohne Mikrocontroller gehen. Im Prinzip soll das System nämlich direkt auf sich selbst einwirken. Daher ist auch kein Regelalgorithmus notwendig, etwa wie beim Fliehkraftregler.

Wenn ich die sinusförmige Ausgangsspannung von Beschleunigungssensor invertiere und auf beispielsweise ein
Voice Coil (http://www.h2wtech.com/Pages/Voice-Coil ... ators.aspx) gebe, dann dürfte dieser sich ja genau
entgegengesetzt der ursprünglichen Bewegung bewegen.
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon Anse » 08.08.2013, 11:56

Versuch mal die Links nicht immer abzuschneiden. Mit [url="Adresse"]Name[/url] kann man das machen.
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon cyrezzza » 08.08.2013, 12:38

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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon hws » 09.08.2013, 01:52

cyrezzza hat geschrieben:..Ich denke weit unterhalb von 1kW.
Granitplatte mit 1Tonne und die Blattfedern eines uralt PKW? Energie, Leistung läßt sich auch aus Frequenz, Auslenkung und Masse berechnen. (Mechanik, Physik, keine Elektronik)
cyrezzza hat geschrieben:..aber ist es den möglich die Spule mit etwa 2 Hz ständig umzupolen? Geht die davon nicht kaputt?
Das geht, aber du sollst die Spule nicht einfah umpolen, sondern mit dem um 180° phasenverschobenen Signal des Beschleunigungssensors betreiben.
Ein kommerzielles Produkt benutzte einen Lautsprecher mit entsprechender aufgeklebter Masse. Die "Sitz-Rüttelgeräte" unter Kinositzen bei Erdbebenfilmen gingen auch. Nur ein üblicher NF-Verstärker macht bei 2Hz nicht mehr mit. Mußt du eine passende H-Brüche selbst bauen.
cyrezzza hat geschrieben:Gestellt habe ich die Frage auf Mikrocontroller.net.
Gib nen Link zu dem Beitrar, (aber wird wohl nicht viel nützen)
cyrezzza hat geschrieben:Dort hat man mir aber gleich zu einer aktiven Drehzahlregelung der Komsensationsmotors geraten. Naja und das ganze mittels Mikrocontroller zu realisieren ist mir dann doch zu heikel.
Was erwartest du von einem Forum, das mit "Mikrocontroller" anfängt? :roll:
Wobei ich immer noch nicht weiß, woher deine Störung kommt und warum du die kompensieren willst. Bzw was der Zweck der Schwingungserzeugung und anschließender Kompensation soll. Möchtest du beim Straßenbau den Griff einer Rüttelplatte im Betrieb ruhig halten?

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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon cyrezzza » 09.08.2013, 08:35

hws hat geschrieben:Wobei ich immer noch nicht weiß, woher deine Störung kommt und warum du die kompensieren willst. Bzw was der Zweck der Schwingungserzeugung und anschließender Kompensation soll. Möchtest du beim Straßenbau den Griff einer Rüttelplatte im Betrieb ruhig halten?

Stell dir vor bei dem Aufbau handelt es sich um einen Maschinentisch. Dieser wird durch seine innere Energiequelle in Schwingung versetzt. Nun gibt es eine Uralt-Methoden aus der Sturturdynamik, das ganze einfach mit einem passiven Tilger in den Griff zu bekommen. Da der Maschinentisch aber ein parametrisch-verteiltes System ist hat er (zumindest theoretisch betrachtet) unendlich viele Eigenfrequenzen und zu jeder Eigenfrequenz eine Eigenform.

Man müsste, wenn man passiv Tilgen will von Beginn an jede Eigenfrequenz kennen und dazu einen passiven Tilger auslegen. Wenn sich aber irgendwann mal die Parameter des "Machinentisches" ändern, dann sind die passiven Tilger unbrauchbar, weil sie kaum
Flexibilität bieten. Also wäre es doch ganz schön aktiv die Schwingungen zu beseitigen. Dann kann man sich die Modalanalyse nämlich sparen und benötigt auch keinen Regelungsalgorithmus.

Das System ist vom Grundgedanken nämlich so konzipiert, dass es auf sich selbst einwirkt, wenn es zu Auslenkungen der oberen Platte kommt.

MfG
cyrezzza
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon alterhase » 09.08.2013, 19:51

Du hast eine in X und Y Richtung schwingende Platte. - und du willst X Tilgen und Y nicht? - oder X und Y Tilgen. :?:

:idea: Wenn X und Y würde ich ein Beton-Fundament andenken. :wink:

Oder kann es sein, dass du mit erleuternden Infos hinterm Berg hältst :mrgreen:

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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon Anse » 09.08.2013, 20:56

Aktive Schwingungsdämpfungen sind für CNC Fräsmaschinen schon in Verwendung. Dafür muss eine von alterhase genante Organisationen nicht sich hier die Mühe machen um an Infos zu kommen.
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon alterhase » 09.08.2013, 21:18

@ Dann (@Anse) kann man es auch ruhig aussprechen :wink:
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon topas » 09.08.2013, 22:23

alterhase hat geschrieben:Wenn X und Y würde ich ein Beton-Fundament andenken.

"Eine Betonplatte" auf dem Tisch. War mein erster Gedanke. Wer schon mal eine Miele-Waschmaschine aus den 60ern geschleppt hat, weiss was ich meine. Das funktioniert. :D
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Re: Aktive Schwingungstilgung mit DC-Motoren am Schwingtisch

Beitragvon alterhase » 09.08.2013, 22:34

Jo! Eh ... besser als jeder e-Schnickschnack (stell dir mal eine überkritische Rückkopplung vor ... wenn die durchgeht :shock: ) :mrgreen:
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