Entwicklung einer Strahlstromregelung für Radiofrequenz-Ionentriebwerke auf Basis eines experimentell ermittelten Streckenmodells

Abstract

In dieser Arbeit wird die experimentelle Analyse eines Radiofrequenz-Ionentriebwerks sowie die Auslegung einer Regelung des extrahierten Ionenstroms vorgestellt. Für die experimentelle Analyse werden verschiedene Eingangsgrößen des Triebwerks angeregt und die entstehenden Ein- zu Ausgangsdaten mittels Systemidentifikation in Parameter von Übertragungsfunktionen überführt. Die mathematische Beschreibung zwischen dem Ein- und Ausgangssignal in Abhängigkeit des Arbeitspunkts erlaubt die Nutzung gängiger Verfahren zur Auslegung der Regelung. So können Kriterien zur Stabilität und Sollwertfolge festgelegt werden. Während die Systemidentifikation am Triebwerk erfolgt, wird die Reglerauslegung offline mit den generierten Daten durch Simulationen durchgeführt und anschließend am realen Aufbau verifiziert. Während für die Systemidentifikation dynamische Prozesse benötigt werden, besteht ein weiterer Teil der Arbeit in der Analyse stationärer Arbeitspunkte. Dabei werden zum Triebwerk rückströmende Elektronen des Neutralisators detektiert und hinsichtlich der Messwertverfälschung untersucht. Neben der experimentellen Analyse und der Regelung des Triebwerks erfolgt in dieser Arbeit auch die Beschreibung der Testumgebung, die neben kommerziellen Geräten eigens entwickelte Messelektronik und Filter enthält. Die Anbindung sämtlicher Peripherien an ein Echtzeit-Messsystem ermöglicht dabei die automatisierte Aufnahme von Daten.