DE102017107177A1

DE102017107177A1 - Frequenzregelung für einen Frequenzgenerator eines Ionentriebwerks

Info

Publication number: DE102017107177A1
Application number: DE102017107177.6A
Authority: DE
Inventors: Frederik John; Alexander Lampe; Marc Vöster
Original assignee: Tesat Spacecom GmbH and Co KG
Current assignee: Tesat Spacecom GmbH and Co KG
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2017-04-04
Publication date: 2018-10-04
Also published as: EP3386275B1; US20180283365A1; US10823157B2; RU2018111734A; EP3386275A1

Abstract

Es ist eine Regelungsvorrichtung (100) für einen Frequenzgenerator (50) angegeben. Die Regelungsvorrichtung weist eine Erfassungseinheit (110) und eine Recheneinheit (120) auf. Die Erfassungseinheit (110) ist ausgeführt, einen Spannungsverlauf und einen Stromverlauf einer vorgebbaren Anzahl von Perioden des Frequenzgenerators (50) zu erfassen und an die Recheneinheit (120) zu übertragen. Die Recheneinheit (120) ist ausgeführt, einen zeitlichen Versatz (Δt₁) zwischen einer ansteigenden Flanke des Stromverlaufs und einer ansteigenden Flanke des Spannungsverlaufs für jede Periode der vorgebbaren Anzahl von Perioden zu ermitteln, und weiterhin zu ermitteln, ob dieser zeitliche Versatz (Δt₁) positiv oder negativ ist. Die Recheneinheit ist weiter ausgeführt, eine Differenz zwischen der Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz und der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz innerhalb der vorgebbaren Anzahl von Perioden zu ermitteln und ein Schaltsignal für einen Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs zu erzeugen und zu verändern, wenn die Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz von der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz abweicht.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Regelungsvorrichtung für einen Frequenzgenerator, ein Ionentriebwerk für einen Satelliten mit einer solchen Regelungsvorrichtung, einen Satelliten mit einem Ionentriebwerk, sowie ein Verfahren zum Erzeugen eines Schaltsignals für einen Frequenzgenerator.
Hintergrund der Erfindung
Ionentriebwerke werden typischerweise als Antrieb für Raumfahrzeuge genutzt. Ein lonenstrahl wird erzeugt und treibt das Raumfahrzeug nach dem Rückstoßprinzip an. Der lonenstrahl wird erzeugt, indem Teilchen ionisiert und anschließend in einem elektrischen Feld beschleunigt werden.
Bei dem sogenannten Radiofrequenz-Ionentriebwerk werden die Ionen mittels induktiver Einkopplung eines Hochfrequenzsignals erzeugt. Um dieses Hochfrequenzsignal zu erzeugen, wird üblicherweise ein Schwingkreis bzw. Frequenzgenerator genutzt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es kann als Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, das Nachführen der Frequenz eines Frequenzgenerators zu verbessern, insbesondere um Änderungen der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises auszugleichen. Diese Aufgabe stellt sich insbesondere im Zusammenhang mit Ionentriebwerken, da das Zünden des Plasmas häufig zu einer Änderung der Resonanzfrequenz führt und die Gefahr besteht, dass das Plasma erlischt bzw. gar nicht erst zündet, wenn der Schwingkreis nicht bei seiner Resonanzfrequenz betrieben wird. Die daraus resultierenden Verluste können dazu führen, dass das Plasma erlischt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Regelungsvorrichtung für einen Frequenzgenerator angegeben. Die Regelungsvorrichtung weist eine Erfassungseinheit und eine Recheneinheit auf. Die Erfassungseinheit ist ausgeführt, einen Spannungsverlauf und einen Stromverlauf einer vorgebbaren Anzahl von Perioden des Frequenzgenerators zu erfassen und an die Recheneinheit zu übertragen. Die Recheneinheit ist ausgeführt, einen zeitlichen Versatz zwischen einer ansteigenden Flanke des Stromverlaufs und einer ansteigenden Flanke des Spannungsverlaufs für jede Periode der vorgebbaren Anzahl von Perioden zu ermitteln, und weiterhin zu ermitteln, ob dieser zeitliche Versatz positiv oder negativ ist. Die Recheneinheit ist weiter ausgeführt, eine Differenz zwischen der Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz und der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz innerhalb der vorgebbaren Anzahl von Perioden zu ermitteln und ein Schaltsignal für einen Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs zu erzeugen und zu verändern, wenn die Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz von der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz abweicht.
In anderen Worten wird eine Vielzahl bzw. vorgebbare Anzahl von Perioden des Frequenzgenerators erfasst und für jede einzelne Periode ermittelt, wie Spannung und Strom über die besagte Vielzahl von Perioden zueinander versetzt sind. Die somit ermittelte Information wird als Grundlage für die Regelung der Frequenz genutzt. Dies erfolgt dadurch, dass über die Vielzahl von Perioden für jede einzelne Periode jeweils ermittelt wird, ob die Spannung oder der Strom zuerst ansteigt. Das Ausmaß des zeitlichen Versatzes zwischen Spannung und Strom ist hingegen von nachrangiger Bedeutung. In Abhängigkeit von der Messgenauigkeit wird ein zeitlicher Versatz zwischen Spannung und Strom für nahezu jede Periode festgestellt, selbst wenn ein Schwingkreis praktisch bei seiner Resonanzfrequenz betrieben wird. Statistisch gesehen führen kleinste Schwankungen dazu, dass bei der Hälfte der Perioden die Spannung und bei der anderen Hälfte der Strom zuerst ansteigt. Wird der Schwingkreis in Resonanz betrieben, ist dies jedoch eine Folge natürlicher Schwankungen und Toleranzen und deutet nicht auf eine Fehleinstellung hin.
Ausgehend von diesen Überlegungen wurde erkannt, dass die Resonanzfrequenz eines Schwingkreises in Abhängigkeit davon eingestellt werden kann, ob ein Ungleichgewicht bei dem zeitlichen Versatz zu Gunsten von entweder Spannung oder Strom existiert. Dieses Ungleichgewicht kann ermittelt werden, indem über die Vielzahl der betrachteten Perioden jeweils der zeitliche Versatz zwischen Spannung und Strom und die Häufigkeit des jeweiligen Vorkommens ermittelt und festgehalten wird.
Ein Frequenzgenerator kann beispielsweise ein Schwingkreis sein, wobei der Schwingkreis einen kapazitiven Anteil, einen induktiven Anteil, und einen ohmschen Anteil aufweist. Der Schwingkreis hat eine sogenannte Resonanzfrequenz, bei welcher der Anteil der Blindleistung geringstmöglich ist bzw. gegen Null geht.
Der zeitliche Versatz zwischen den ansteigenden Flanken kann berechnet werden, indem der Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Spannungsverlaufs von dem Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stromverlaufs subtrahiert wird. Daraus ergibt sich, dass der zeitliche Versatz ein negativer Wert ist, wenn der Spannungsverlauf gegenüber dem Stromverlauf zeitlich verzögert ist, weil der Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Spannungsverlaufs größer (später) ist als der Zeitpunkt des Nulldurchgangs des Stromverlaufs. Der Nulldurchgang des Spannungsverlaufs bzw. des Stromverlaufs deutet auf eine Flanke hin und deutet insbesondere auf eine ansteigende Flanke hin, wenn der Nulldurchgang einen Wechsel von einer negativen Spannung bzw. einem negativen Strom zu einer positiven Spannung bzw. einem positiven Strom vollzieht.
Wird der Frequenzgenerator bzw. der Schwingkreis bei seiner Resonanzfrequenz betrieben, so gibt es keinen bzw. kaum einen zeitlichen Versatz zwischen den ansteigenden Flanken des Stromverlaufs und des Spannungsverlaufs. Wie oben dargestellt, kann aber ein minimaler zeitlicher Versatz dennoch festgestellt werden, wenn die Messgenauigkeit beliebig erhöht wird. Externe Parameter oder Umwelteinflüsse, wie zum Beispiel die Temperatur der Umgebung oder Strahlungseinflüsse oder auch eine variierende Belastung des Schwingkreises durch eine beliebige Last mit ohmschen, induktiven und/oder kapazitiven Anteilen, können den Frequenzgenerator derart beeinflussen, dass sich die Resonanzfrequenz verschiebt. Dies kann jedoch ein ungewünschtes Verhalten sein und insbesondere dazu führen, dass die Blindleistung ansteigt. Bei Verwendung des Frequenzgenerators in einem Ionentriebwerk kann die Änderung der Resonanzfrequenz und die möglicherweise damit einhergehende ansteigende Verlustleistung bzw. Blindleistung dazu führen, dass das Plasma erlischt bzw. gar nicht erst zündet. Die hierin beschriebene Regelungsvorrichtung ermöglicht es, Schaltsignale für Einschaltzeitpunkte des Spannungsverlaufs zu erzeugen und auszugeben, um den Frequenzgenerator mit hoher Genauigkeit in Resonanz zu betreiben.
Sobald der Frequenzgenerator nicht mehr in der Resonanzfrequenz betrieben wird, führt dies dazu, dass die Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz von der Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz abweicht. Diese Abweichung wird als Grundlage für das Verändern des Einschaltzeitpunktes des Spannungsverlaufs genutzt. Wird hingegen der Frequenzgenerator bei der Resonanzfrequenz betrieben, kommt der negative zeitliche Versatz und der positive zeitliche Versatz in etwa gleich häufig vor (als Ergebnis der statistischen Verteilung, siehe Erläuterungen weiter oben). In dem Fall ist es nicht nötig, den Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs zu verändern.
Insbesondere ist es für die hierin beschriebene Regelungsvorrichtung nicht erforderlich, den absoluten Betrag des zeitlichen Versatzes zu erfassen und diesen absoluten Betrag des zeitlichen Versatzes für das Anpassen des Einschaltzeitpunkts des Spannungsverlaufs heranzuziehen. Vielmehr wird auf eine vorgegebene bzw. vorgebbare Anzahl von Perioden des Frequenzgenerators Bezug genommen und für jede einzelne Periode lediglich bestimmt, ob ein positiver oder negativer zeitlicher Versatz wischen der ansteigenden Flanke des Stromverlaufs und der ansteigenden Flanke des Spannungsverlaufs vorliegt. Beispielsweise können einige Zehn bis Hundert oder gar bis zu einigen Hundert Perioden berücksichtigt werden. Beispielsweise können 32 Perioden der Vergangenheit berücksichtigt werden. Hierbei gilt grundsätzlich, dass mit steigender Anzahl berücksichtigter Perioden die Auswirkungen einiger weniger Perioden auf das Verändern des Einschaltzeitpunktes des Spannungsverlaufs geringer sind.
Ebenso ist möglich, dass in Abhängigkeit der Differenz zwischen der Anzahl der Perioden mit positivem und negativem zeitlichen Versatz der Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs stärker bzw. weniger stark verändert wird. In dem obigen Beispiel von 32 berücksichtigten Perioden können 16 Perioden einen positiven zeitlichen Versatz und weitere 16 Perioden einen negativen zeitlichen Versatz haben. In diesem Fall wird der Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs nicht verändert. Haben jedoch von den 32 berücksichtigten Perioden 28 Perioden einen negativen zeitlichen Versatz und lediglich vier Perioden einen positiven zeitlichen Versatz, ist dies ein Hinweis darauf, dass der Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs verändert werden muss. Bei dem Verhältnis von 28 zu vier (28 Perioden mit negativem zeitlichen Versatz und vier Perioden mit positivem zeitlichen Versatz) fällt die Veränderung des Einschaltzeitpunkts typischerweise qualitativ größer aus als bei einem Verhältnis von 18 zu 14.
Die Recheneinheit ermittelt den zeitlichen Versatz (d.h., ob der zeitliche Versatz positiv oder negativ) zwischen den ansteigenden Flanken des Stromverlaufs und des Spannungsverlaufs in einer Ausführungsform mittels digital arbeitender Komponenten. Dies kann dazu führen, dass auf jeden Fall ein zeitlicher Versatz festgestellt wird, sei er auch noch so klein. Gerade dieser Ansatz trägt dazu bei, dass nicht der absolute zeitliche Versatz herangezogen wird, sondern das Verhältnis der Anzahl des positiven bzw. negativen zeitlichen Versatzes in einem bestimmten Zeitraum bzw. innerhalb einer vorgebbaren Anzahl von Perioden des Frequenzgenerators.
Das Schaltsignal gibt den Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs vor bzw. die Schaltvorgänge für die steigende Flanke der Spannung werden durch das Schaltsignal initiiert. Beispielsweise kann die Recheneinheit einen Schaltsignalgenerator aufweisen, welcher zumindest mittelbar mit einem Schaltwerk gekoppelt ist. Beispielsweise kann aus dem Schaltsignal abgeleitet werden, wann ein Schaltwerk geschaltet werden soll.
Eilt der Strom der Spannung voraus, spricht man bei einem Schwingkreis typischerweise von kapazitivem Verhalten und es ist definiert, dass die Phasenverschiebung kleiner Null ist. Im umgekehrten Fall gilt, dass dieser als induktives Verhalten beschrieben wird und es ist definiert, dass die Phasenverschiebung größer Null ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, das Schaltsignal für den Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs früher auszugeben, wenn die Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz die Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz übersteigt.
Wenn also der zeitliche Versatz negativ ist (d.h., dass die Spannung auf den Strom folgt und auch, dass die Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz größer ist als die Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz innerhalb der Gesamtzahl der erfassten bzw. beobachteten und vorgegebenen Perioden), muss die Spannung früherer geschaltet werden, wenn es zu viele Perioden mit negativem Versatz gibt. Hierzu wird die Frequenz des Schaltsignals erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, das Schaltsignal für den Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs später auszugeben, wenn die Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz die Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz unterschreitet.
Zusätzlich oder alternativ zu der vorherigen Ausführungsform stellt diese Ausführungsform denjenigen Fall dar, in welchem die Spannung später geschaltet wird, wenn der zeitliche Versatz überwiegend positiv ist, d.h. dass der Strom auf die Spannung folgt. In Analogie zu der obigen Erläuterung wird also die Frequenz des Schallsignals in diesem Fall gesenkt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bezieht sich die vorgebbare Anzahl von Perioden des Frequenzgenerators auf eine Anzahl von Perioden ausgehend von einem aktuellen Zeitpunkt und rückblickend in die Vergangenheit, wobei die Recheneinheit weiter ausgeführt ist, eine jeweils zukünftige bzw. nächste Periode in die vorgebbare Anzahl von Perioden aufzunehmen, wenn die zukünftige bzw. nächste Periode vollendet ist, und die am weitesten in der Vergangenheit liegende Periode aus der vorgebbaren Anzahl von Perioden herauszunehmen.
In anderen Worten bedeutet dies, dass die Recheneinheit die vorgebbare Anzahl von Perioden nach dem sogenannten Schiebefenster-Mechanismus (auch: sliding window) aktualisiert und nach der Aufnahme eines neuen Wertes den ältesten Wert aus der Menge der berücksichtigten Werte (Perioden) herausnimmt.
Gemäß einer Ausführungsform ist für jede einzelne Periode der vorgebbaren Anzahl von Perioden hinterlegt, ob diese einen positiven oder negativen zeitlichen Versatz bei den ansteigenden Flanken des Stromverlaufs und des Spannungsverlaufs hat. Um die zeitliche Veränderung der Resonanzfrequenz zu überwachen, wird jeweils die älteste Information, d.h. der zeitliche Versatz der am weitesten in der Vergangenheit liegenden Periode, aus der Menge der berücksichtigten Perioden entfernt und die Information über den zeitlichen Versatz der jüngsten Periode aufgenommen. Dies bedeutet, dass mit jeder Periode das Verhältnis zwischen negativem und positivem zeitlichen Versatz sich höchstens um den Wert zwei verändern kann. Dies passiert, wenn beispielsweise ausgehend von einem Verhältnis von 16 zu 16 eine Periode mit positivem zeitlichen Versatz wegfällt und zusätzlich eine Periode mit negativem zeitlichen Versatz hinzukommt, was in einem Verhältnis von 17 zu 15 resultiert. Dieses veränderte Verhältnis führt zu einer Anpassung des Einschaltzeitpunktes. Abhängig davon, wie der zeitliche Versatz der nächsten Periode ist, gleicht sich das Verhältnis zwischen positivem und negativem zeitlichen Versatz aus und der Einschaltzeitpunkt kann beibehalten werden oder der Einschaltzeitpunkt muss noch weiter verändert werden, wenn sich dieses Verhältnis zu 18 zu 14 ändert.
Die Recheneinheit arbeitet also iterativ und ermittelt das Verhältnis zwischen positivem und negativem zeitlichen Versatz innerhalb der vorgegebenen bzw. vorgebbaren Anzahl von Perioden mit jeder Periode neu.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, mit jeder zukünftigen Periode des Frequenzgenerators eine Differenz zwischen der Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz und der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz zu ermitteln und diese Differenz einer Tiefpassfilterung zuzuführen.
Die Recheneinheit kann einen Tiefpassfilter aufweisen, welcher eine Veränderung des Verhältnisses der Anzahl der Perioden mit positivem und negativem zeitlichen Versatz über die Zeit glättet. Dies erfolgt insbesondere, bevor die Recheneinheit den Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs ändert bzw. anpasst. Somit wird die Änderung des Einschaltzeitpunktes des Spannungsverlaufs abgemildert und es werden starke Änderungen vermieden. Der Tiefpassfilter kann beispielsweise als Einheit oder funktionales Modul der Recheneinheit implementiert sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, einen zweiten zeitlichen Versatz zwischen einer fallenden Flanke des Stromverlaufs und einer fallenden Flanke des Spannungsverlaufs für jede Periode der vorgebbaren Anzahl von Perioden zu ermitteln, und weiterhin zu ermitteln, ob der zweite zeitliche Versatz positiv oder negativ ist. Die Recheneinheit ist weiterhin ausgeführt, die Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz und die Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz innerhalb der vorgebbaren Anzahl von Perioden zu ermitteln und einen Ausschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs zu verändern, wenn die Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz von der Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz abweicht.
In dieser Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, den Schaltzeitpunkt für die fallende Flanke vorzugeben. Damit wird zusätzlich zu der ansteigenden Flanke auch die fallende Flanke des Spannungsverlaufs und des Stromverlaufs durch die Recheneinheit überwacht und geregelt. Dies ermöglicht es, eine Einschaltdauer des Frequenzgenerators zu überwachen und zu regeln. In anderen Worten wird hierdurch ein Arbeitszyklus bzw. ein Tastverhältnis (auch. duty cycle) vorgegeben.
Unter Umständen kann es erforderlich sein, die fallenden Flanken des Spannungsverlaufs und des Stromverlaufs aneinander anzugleichen, indem die Spannung zum richtigen Zeitpunkt ausgeschaltet wird. Wird der Einschaltzeitpunkt der Spannung verändert, kann dies dazu führen, dass die fallenden Flanken der Spannung und des Stroms zeitlich voneinander abweichen. Somit haben Anpassungen des Einschaltzeitpunktes der Spannung zumindest mittelbar Einfluss auf den zeitlichen Versatz der fallenden Flanken von Strom und Spannung. Um den zeitlichen Versatz der fallenden Flanken eliminieren zu können und eine gewünschte Einschaltdauer des Frequenzgenerators zu ermöglichen, überwacht die Recheneinheit den zweiten zeitlichen Versatz und ist ausgeführt, den Ausschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs entsprechend zu ändern.
Grundsätzlich werden bei der Änderung des Ausschaltzeitpunktes dieselben Prinzipien angewandt, wie sie oben für die Änderung des Einschaltzeitpunktes beschrieben wurden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, den Ausschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs früher auszugeben, wenn die Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz die Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz übersteigt.
Die Vorzeichen des zeitlichen Versatzes (negativ bzw. positiv) mit Bezug zu dem Ausschaltzeitpunkt werden identisch verwendet wie bereits oben mit Bezug zu dem Einschaltzeitpunkt. D.h., dass bei einem negativen zweiten zeitlichen Versatz der fallenden Flanken die Spannung auf den Strom folgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, den Ausschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs später auszugeben, wenn die Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz die Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz unterschreitet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, mit jeder zukünftigen Periode des Frequenzgenerators eine Differenz zwischen der Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz und der Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz zu ermitteln und diese Differenz einer Tiefpassfilterung zuzuführen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Recheneinheit ausgeführt, den Ausschaltzeitpunkt mit Bezug zu dem Schaltsignal für den Einschaltzeitpunkt zu ermitteln und mit Bezug zu dem Schaltsignal für den Einschaltzeitpunkt in Abhängigkeit davon zu verändern, ob die Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz von der Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz abweicht.
Das Schaltsignal kann beispielsweise ein Sägezahn-Signal sein, aus welchem die Zeitpunkte für das Einschalten und Ausschalten abgeleitet werden. Der Zeitpunkt für das Einschalten kann beispielsweise festgelegt werden auf denjenigen Zeitpunkt, zu dem das Sägezahn-Signal bei Null beginnt. Zusätzlich kann ein Wert des Sägezahn-Signals definiert werden, dessen Erreichen bzw. Überschreiten den Zeitpunkt für das Ausschalten des Spannungssignals bzw. der Spannung vorgibt. Nunmehr kann der Wert des Sägezahn-Signals, welcher den Zeitpunkt für das Ausschalten des Spannungssignals bzw. der Spannung vorgibt, verändert werden, um damit mittelbar den Zeitpunkt für das Ausschalten der Spannung zu bestimmen.
Mit diesem Ansatz wird lediglich ein einzelnes Schaltsignal verwendet, wobei durch dieses einzelne Schaltsignal sowohl der Einschaltzeitpunkt als auch der Ausschaltzeitpunkt vorgegeben werden. Dabei kann der Einschaltzeitpunkt unmittelbar von dem Schaltsignal vorgegeben werden, d.h., dass das Schaltsignal das Schalten eines Schaltwerks ansteuert oder zumindest mittelbar initiiert. Hingegen kann der Ausschaltzeitpunkt von einem Wert des Schaltsignals vorgegeben bzw. hierauf bezogen werden, indem die Recheneinheit ermittelt, zu welchem Zeitpunkt (Ausschaltzeitpunkt) oder an welcher Stelle des Schaltsignals ein Signal zum Ausschalten der Spannung ausgegeben werden muss, damit der zweite zeitliche Versatz minimiert oder eliminiert wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Ionentriebwerk für einen Satelliten angegeben. Das Ionentriebwerk weist einen Frequenzgenerator zum Erzeugen einer Frequenz für ein elektrisches Feld und eine Regelungsvorrichtung wie oben und im Folgenden beschrieben auf. Dabei ist die Regelungsvorrichtung mit dem Frequenzgenerator gekoppelt, um den Frequenzgenerator bei einer vorgegebenen Frequenz zu betreiben, so dass ein Treibstoff in dem elektrischen Feld ionisiert wird.
Gemäß einer Ausführungsform weist der Frequenzgenerator einen Schwingkreis auf und der Schwingkreis ein R-L-C-Schwingkreis.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Frequenzgenerator ein Halbleiter-Schaltwerk auf, welches mit dem Schwingkreis gekoppelt ist und ausgeführt ist, den Schwingkreis gemäß dem Schaltsignal der Regelungsvorrichtung anzusteuern.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Satellit, insbesondere ein Kommunikationssatellit, angegeben. Der Satellit weist ein Ionentriebwerk wie oben und im Folgenden beschrieben auf, wobei das Ionentriebwerk ausgeführt und angeordnet ist, den Satelliten in eine Umlaufbahn zu bringen oder in der Umlaufbahn zu halten.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Schaltsignals für einen Frequenzgenerator angegeben. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erfassen eines Spannungsverlaufs und eines Stromverlaufs einer vorgebbaren Anzahl von Perioden des Frequenzgenerators; Ermitteln eines zeitlichen Versatzes zwischen einer ansteigenden Flanke des Stromverlaufs und einer ansteigenden Flanke des Spannungsverlaufs für jede Periode der vorgebbaren Anzahl von Perioden; Ermitteln, ob dieser zeitliche Versatz positiv oder negativ ist; Ermitteln einer Differenz zwischen der Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz und der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz innerhalb der vorgebbaren Anzahl von Perioden; Erzeugen und Verändern eines Schaltsignals für einen Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs, wenn die Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz von der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz abweicht.
Es wird darauf hingewiesen, dass Funktionen, welche mit Bezug zu der Regelungsvorrichtung und/oder dem Ionentriebwerk beschrieben sind, sinngemäß auch als Verfahrensschritte implementiert werden können, auch wenn diese Funktionen an dieser Stelle nicht wiederholt werden. Dem Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass die mit Bezug zu den genannten Vorrichtungen beschriebenen Funktionen sinngemäß Teil dieses Verfahrens sein können.
Zusammengefasst lassen sich die Vorteile und Eigenschaften der hier in beschriebenen Vorrichtungen und des Verfahrens wie folgt beschreiben:
Es ist wünschenswert, dass der in manchen Ionentriebwerken zum Einsatz kommende Schwingkreis (üblicherweise ein R-L-C-Schwingkreis) in Resonanz betrieben wird, um Verluste so gering wie möglich zu halten. Das Zünden des Plasmas kann jedoch zu einer Änderung der Resonanzfrequenz führen, so dass eine rasche Nachführung der Frequenz und der Pulsbreite gefordert sein kann, um das Verlöschen des Plasmas zu verhindern bzw. ein Zünden des Plasmas überhaupt zu ermöglichen. Die hierin beschriebene Regelungsvorrichtung basiert darauf, dass eine Phasenlage zwischen Strom- und Spannungsverlauf erfasst wird, um auf eine Charakteristik (induktives oder kapazitives Verhalten) des Schwingkreises zu schließen. Im gewünschten Idealfall deutet die Phasenlage weder auf ein induktives noch auf ein kapazitiven Verhalten des Schwingkreises hin. Überwiegt hingegen eine dieser beiden Charakteristiken, so wird ein Schaltverhalten für den Spannungsverlauf angepasst. Die Regelungsvorrichtung kann beispielsweise in einem FPGA (field programmable gate array) implementiert sein, welcher einen Ausgang aufweist, über welchen ein Wert an eine direkte digitale Synthese (DDS, direct digital synthesis) ausgegeben wird, um ein Schaltsignal, beispielsweise in Form eines Sägezahn-Signals, zu erzeugen. Sowohl die Frequenz als auch die Pulsweite des Schwingkreises werden gemäß den Prinzipien der Regelungsvorrichtung Digital geregelt. Somit können sowohl eine bessere Parametrisierung der verwendeten Regler, beispielsweise PID-Regler, als auch Gewichts- und Volumenreduktion durch Integration in einem programmierbaren Hardware-Baustein, erreicht werden, was gerade in der Raumfahrt üblicherweise mit erheblichen Kosteneinsparungen einher geht. Daneben kann durch die gleichzeitige Regelung von Frequenz und Pulsweite/Pulsbreite eine erhöhte Effizienz des gesamten Ionentriebwerks erreicht werden.
Figurenliste
Nachfolgend wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher auf Ausführungsbeispiele der Erfindung eingegangen. Die Darstellungen sind schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche oder ähnliche Elemente. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ionentriebwerks gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 eine schematische Darstellung der funktionalen Einheiten eines Ionentriebwerks gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
3 eine schematische Darstellung einer Recheneinheit einer Rechenvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
4 eine schematische Darstellung eines Strom- und Spannungsverlaufs eines Schwingkreises eines Ionentriebwerks gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ionentriebwerks 10. Das Ionentriebwerk 10 weist ein Gehäuse 12 sowie einen Schwingkreis 30 mit einer Spule 14 auf. Die Spule 14 ist so an dem Gehäuse 12 angeordnet, dass ein elektrisches Feld 24 im Innenraum des Gehäuses 12 erzeugt werden kann. Dem Gehäuse 12 wird ein Treibstoff 20, beispielsweise ein Edelgas, wie beispielsweise Xenon, zugeführt. In dem Innenraum des Gehäuses 12 ist eine Katode 22 angeordnet, um die Teilchen des Treibstoffs 20 in Zusammenwirkung mit dem elektrischen Feld 24 zu ionisieren. Eine Gitteranordnung 16 mit den Gittern G1, G2, G3 ist angeordnet, die ionisierten Teilchen des Treibstoffs 20 zu beschleunigen und in einen lonenstrom 26 zu überführen, welcher eine Kraft nach dem Rückstoßprinzip hervorruft. Um den aus dem Gehäuse 12 austretenden lonenstrom 26 zu neutralisieren ist eine Neutralisiereinheit 18 vorgesehen.
Der Schwingkreis 30 ist bevorzugt bei seiner Resonanzfrequenz zu betreiben, um die elektrischen Verluste zu reduzieren und für einen effektiven Antrieb des Ionentriebwerks zu sorgen. Das Plasma hat Einfluss auf die Induktivität der Spule 14, so das sich deren Kopplung ändert. Damit wird die Spule 14 zu einer dynamischen Induktivität, d.h., dass sich ihr Induktivitätswert in Abhängigkeit des Betriebs des Ionentriebwerks ändert, womit sich auch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises 30 ändert. Aus diesem Grunde muss sowohl die Frequenz als auch die Pulsweite des Schwingkreises 30 geregelt werden.
2 zeigt schematisch den funktionalen Aufbau eines Ionentriebwerks und dessen Komponenten, hauptsächlich die Regelung des elektrischen Feldes 24 bzw. der Last 36 mit dem Plasma. Eine Spannungsversorgung 34 stellt elektrische Energie für den Betrieb des Frequenzgenerators 50 und der Regelungsvorrichtung 100 zur Verfügung. Der Frequenzgenerator 50 weist ein Schaltwerk 32 und einen Schwingkreises 30 auf. Das Schaltwerk 32 ist ausgeführt, einen Spannungswert so zu schalten, dass der Schwingkreis 30 mit Spannung versorgt und bei einer vorgegebenen Frequenz betrieben wird.
Die Frequenz des Schwingkreises 30 wird von der Regelungsvorrichtung 100 überwacht und geregelt. Zu diesem Zweck weist die Regelungsvorrichtung 100 eine Erfassungseinheit 110 und eine Recheneinheit 120 auf. Die Erfassungseinheit 110 ist ausgeführt, den Stromverlauf und den Spannungsverlauf an dem Schwingkreis 30 zu erfassen, wie dies anschaulich weiter unten mit Bezug zu 4 beschrieben wird. Basierend auf den erfassten Werten der Erfassungseinheit 110 ermittelt die Recheneinheit 120 eine Phasenlage des Stromverbrauchs und des Spannungsverlaufs, um basierend auf dieser Phasenlage ein Schaltverhalten des Schaltwerks 32 zumindest mittelbar zu beeinflussen.
Der Schwingkreis 30 ist angeordnet, ein elektrisches Feld 24 zu erzeugen, so das ein lonenstrom in dem Ionentriebwerk hervorgerufen und aufrechterhalten wird, um eine Antriebsenergie für ein Raumfahrzeug bereitzustellen.
3 zeigt eine beispielhafte Implementierung einer Recheneinheit 120, wobei die einzelnen Funktionen in der Darstellung als getrennte modulare Einheiten gezeigt sind. Jedenfalls sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung der 3 keine Einschränkung bezüglich der Implementierung der Recheneinheit 120 darstellt. Die gezeigten modularen Einheiten können wie dargestellt implementiert werden, es können aber auch mehrere dieser Funktionen in einem Funktionsblock zusammengefasst oder eine Funktion kann auf mehrere Funktionsblöcke aufgeteilt werden.
Zunächst kann der 3 entnommen werden, dass zwei Zweige vorliegen, nämlich der obere Zweig mit den Einheiten 130, 132, 130, 136, 138 und der untere Zweig mit den Einheiten 140, 142, 144, 146, 148. Die Einheiten des oberen Zweigs sind für das Überwachen und Regeln der ansteigenden Flanke des Strom- und Spannungsverlaufs vorgesehen, wohingegen die Einheiten des unteren Zweigs der fallenden Flanke zugeordnet sind.
Die Recheneinheit 120 weist eine Kippstufe 130 auf, welcher sowohl der Spannungsverlauf als auch der Stromverlauf zugeführt werden und welche ausgeführt ist, einen binären Wert (Signal Werte 0 und 1) in Abhängigkeit davon auszugeben, ob der Stromverlauf oder der Spannungsverlauf der ansteigenden Flanke zuerst erfasst wird. Bei der Kippstufe 130 kann es sich beispielsweise um ein sogenanntes flankengesteuertes Flipflop (sog. edge triggered flipflop) handeln. Die Kippstufe 130 ermittelt also für jede ansteigende Flanke (für jede Periode) des Strom- und Spannungsverlaufs, welcher dieser beiden Signalverläufe als erste an der Kippstufe 130 ankommt. In Abhängigkeit davon wird entweder eine 0 oder eine 1 an das Zählwerk 132 ausgegeben.
Das Zählwerk 132 ist ausgeführt, für eine vorgegebene Anzahl von Perioden festzuhalten, wie häufig der Strom und wie häufig die Spannung zuerst erfasst wurde. Das Zählwerk 132 kann auch so implementiert sein, dass es einen einzigen Zähler hat und diesen entweder inkrementiert (Wert des Zählers plus 1) oder dekrementiert (Wert des Zählers minus 1). Der Zähler kann inkrementiert werden, wenn der Strom zuerst erfasst wird und dekrementiert, wenn die Spannung zuerst erfasst wird. Befindet sich der zeitliche Versatz zwischen Stromverlauf und Spannungsverlauf im Gleichgewicht, d.h., beide kommen gleich häufig vor, bleibt der Wert des Zählers auf 0 bzw. es liegen zwei gleiche Werte dafür vor, ob der Strom oder die Spannung zuerst erfasst wurde. Der Wert des Zählers verändert sich mit jeder Periode des Schwingkreises, da der Wert des Zählers auch mit jeder Periode eine Änderung erfährt, weil die Kippstufe 130 entweder den Wert 1 oder den Wert 0 ausgibt. Der Wert des Zählers kann beispielsweise als vorzeichenbehaftete 11-Bit Binärzahl (11 bit signed) an den Tiefpassfilter ausgegeben werden.
Um die rasche Änderung des Zählerwertes zu glätten und ein instabiles Verhalten des Reglers zu vermeiden ist ein Tiefpass 134 vorgesehen. Der Tiefpass 134 gibt ebenfalls eine vorzeichenbehaftete 11-Bit Binärzahl an den Regler 136 aus. Dem Regler 136 kann ein Sollwert für den Wert des Zählers im Zählwerk 132 vorgegeben werden. Dieser Sollwert kann insbesondere den Fall des Gleichgewichts zwischen Spannungsverlauf und Stromverlauf, d.h., welcher dieser beiden Signalverläufe bei wie vielen Perioden als erster erfasst wurde, abbilden. Der Sollwert kann genauso gut die Differenz zwischen der Häufigkeit des Vorkommens, dass die Spannung zuerst erfasst wurde, und der Häufigkeit des Vorkommens, dass der Strom zuerst erfasst wurde, abbilden. Im letztgenannten Fall ist der Sollwert dann 0.
Der Regler 136 kann eine nicht-vorzeichenbehaftete 32-Bit Binärzahl an den Schaltsignalgenerator 138 ausgeben, um ein von dem Schaltsignalgenerator erzeugtes Schaltsignal anzupassen. Dies erfolgt, wenn der Wert des Zählwerks 132 auf eine verschobene Phasenlage zwischen Strom- und Spannungsverlauf deutet. Bei dem Schaltsignalgenerator 138 kann es sich um einen sogenannten direct digital synthesizer, DDS, handeln. Der Schaltsignalgenerator 138 erzeugt und gibt aus ein Schaltsignal 139 für die steigende Flanke des Spannungsverlaufs.
Der untere Zweig des Blockdiagramms in 3 arbeitet zum Teil analog zu dem oberen Zweig, wobei der untere Zweig auf die fallende Flanke des Stromverlaufs und des Spannungsverlaufs gerichtet ist. Die Kippstufe 140, das Zählwerk 142, der Tiefpass 144 und der Regler 146 arbeiten wie auch die entsprechenden Module (Kippstufe 130, Zählwerk 132, Tiefpass 134 und Regler 136) des oberen Zweigs. Insofern wird auf die obigen Ausführungen betreffend den oberen Zweig verwiesen.
Der untere Zweig unterscheidet sich jedoch in dem Schaltsignalgenerator 148 für die fallende Flanke von dem oberen Zweig. Bei dem Schaltsignalgenerator 148 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um einen Komparator, welcher den von dem Regler 146 erhaltenen Wert mit einem Signalwert des Schaltsignals des Schaltsignalgenerators 138 vergleicht und in Abhängigkeit von diesem Vergleich das Schaltsignal 149 für die fallende Flanke ausgibt. In anderen Worten wird das Schaltsignal 149 für die fallende Flanke ebenfalls auf das Schaltsignal 139 bezogen, wobei die Spannung für die fallende Flanke geschaltet wird, wenn das Schaltsignal des Schaltsignalgenerators 138 den vorgegebenen Wert erreicht oder übersteigt.
4 zeigt einen beispielhaften Strom- (I) und Spannungsverlauf (U) bezogen auf die Zeit (t) sowie die Phasenlage zwischen Strom und Spannung. Strom und Spannung sind jeweils als Rechtecksignale dargestellt, wobei der Stromverlauf mit einer durchgezogenen Linie und der Spannungsverlauf mit einer gestrichelten Linie dargestellt ist. Eine Periode p des Signalverlaufs ist ebenfalls eingezeichnet und erstreckt sich zeitlich jeweils von steigende Flanke zu steigende Flanke bzw. von fallender Flanke zu fallender Flanke.
Dem in 4 gezeigten Verlauf von Strom und Spannung ist ein Phasenversatz Δt₁ zwischen den steigenden Flanken zu entnehmen. Wird dieser zeitliche Phasenversatz als Differenz zwischen dem Nulldurchgang des Spannungsverlaufs und dem Nulldurchgang des Stromverlaufs definiert, ist der Wert des hier gezeigten zeitlichen Phasenversatzes Δt₁ ein positiver Wert. Es ist natürlich denkbar, dass dieser zeitliche Phasenversatz Δt₁ je nach Charakteristik des Schwingkreises auch negativ sein kann und dass sein absoluter Wert (die zeitliche Dauer) variieren kann.
Neben dem zeitlichen Versatz der steigenden Flanken kommt es in Abhängigkeit der Pulsweite (duty cycle) von Strom und Spannung zu dem zweiten zeitlichen Versatz Δt₂ zwischen den fallenden Flanken. Für den zweiten zeitlichen Versatz gelten die gleichen grundsätzlichen Ausführungen wie bereits mit Bezug zu dem ersten zeitlichen Versatz Δt₁, so dass darauf verwiesen wird.
Im Resonanzfall und auch bei richtig eingestellter Pulsweite gibt es zwischen Stromverlauf und Spannungsverlauf weder bei der steigenden Flanke noch bei der fallenden Flanke einen nennenswerten Phasenversatz. Hingegen kommt es bei kapazitivem Verhalten des Schwingkreises dazu, dass der Strom der Spannung vorauseilt, so dass die Frequenz erhöht werden muss. Andererseits kommt es bei induktivem Verhalten des Schwingkreises dazu, dass die Spannung dem Strom vorauseilt, so dass die Frequenz verringert werden muss.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.
Bezugszeichenliste

10: Ionentriebwerk
12: Gehäuse
14: Spule
16: Gitteranordnung
18: Neutralisiereinheit
20: Treibstoff, Edelgas
22: Kathode
24: elektrisches Feld
26: beschleunigte Ionen
30: Schwingkreis
32: Schaltwerk
34: Spannungsversorgung
36: Last, Plasma
50: Frequenzgenerator
100: Regelungsvorrichtung
110: Erfassungseinheit
120: Recheneinheit
130: Kippstufe
132: Zählwerk
134: Tiefpass
136: Regler
138: Schaltsignalgenerator für steigende Flanke
139: Schaltsignal für steigende Flanke
140: Kippstufe
142: Zählwerk
144: Tiefpass
146: Regler
148: Schaltsignalgenerator für fallende Flanke
149: Schaltsignal für fallende Flanke

Claims

Regelungsvorrichtung (100) für einen Frequenzgenerator (50), aufweisend: eine Erfassungseinheit (110); und eine Recheneinheit (120); wobei die Erfassungseinheit (110) ausgeführt ist, einen Spannungsverlauf und einen Stromverlauf einer vorgebbaren Anzahl von Perioden des Frequenzgenerators (50) zu erfassen und an die Recheneinheit (120) zu übertragen; wobei die Recheneinheit (120) ausgeführt ist, einen zeitlichen Versatz (Δt₁) zwischen einer ansteigenden Flanke des Stromverlaufs und einer ansteigenden Flanke des Spannungsverlaufs für jede Periode der vorgebbaren Anzahl von Perioden zu ermitteln, und weiterhin zu ermitteln, ob dieser zeitliche Versatz (Δt₁) positiv oder negativ ist; wobei die Recheneinheit ausgeführt ist, eine Differenz zwischen der Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz und der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz innerhalb der vorgebbaren Anzahl von Perioden zu ermitteln; wobei die Recheneinheit ausgeführt ist, ein Schaltsignal für einen Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs zu erzeugen und zu verändern, wenn die Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz von der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz abweicht.
Regelungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Recheneinheit (120) ausgeführt ist, das Schaltsignal für den Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs früher auszugeben, wenn die Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz die Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz übersteigt.
Regelungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Recheneinheit (120) ausgeführt ist, das Schaltsignal für den Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs später auszugeben, wenn die Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz die Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz unterschreitet.
Regelungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorgebbare Anzahl von Perioden des Frequenzgenerators sich auf eine Anzahl von Perioden ausgehend von einem aktuellen Zeitpunkt und rückblickend in die Vergangenheit bezieht; wobei die Recheneinheit (120) ausgeführt ist, eine jeweils zukünftige bzw. nächste Periode in die vorgebbare Anzahl von Perioden aufzunehmen und die am weitesten in der Vergangenheit liegende Periode aus der vorgebbaren Anzahl von Perioden herauszunehmen.
Regelungsvorrichtung (100) nach Anspruch 4, wobei die Recheneinheit (120) ausgeführt ist, mit jeder zukünftigen Periode des Frequenzgenerators eine Differenz zwischen der Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz und der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz zu ermitteln und diese Differenz einer Tiefpassfilterung zuzuführen.
Regelungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit (120) ausgeführt ist, einen zweiten zeitlichen Versatz (Δt₂) zwischen einer fallenden Flanke des Stromverlaufs und einer fallenden Flanke des Spannungsverlaufs für jede Periode der vorgebbaren Anzahl von Perioden zu ermitteln, und weiterhin zu ermitteln, ob der zweite zeitliche Versatz positiv oder negativ ist; wobei die Recheneinheit ausgeführt ist, die Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz und die Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz innerhalb der vorgebbaren Anzahl von Perioden zu ermitteln; wobei die Recheneinheit ausgeführt ist, einen Ausschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs zu verändern, wenn die Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz von der Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz abweicht.
Regelungsvorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei die Recheneinheit (120) ausgeführt ist, den Ausschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs früher auszugeben, wenn die Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz die Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz übersteigt.
Regelungsvorrichtung (100) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Recheneinheit (120) ausgeführt ist, den Ausschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs später auszugeben, wenn die Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz die Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz unterschreitet.
Regelungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Recheneinheit (120) ausgeführt ist, mit jeder zukünftigen Periode des Frequenzgenerators eine Differenz zwischen der Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz und der Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz zu ermitteln und diese Differenz einer Tiefpassfilterung zuzuführen.
Regelungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Recheneinheit (120) ausgeführt ist, den Ausschaltzeitpunkt mit Bezug zu dem Schaltsignal für den Einschaltzeitpunkt zu ermitteln und mit Bezug zu dem Schaltsignal für den Einschaltzeitpunkt in Abhängigkeit davon zu verändern, ob die Anzahl der Perioden mit positivem zweiten zeitlichen Versatz von der Anzahl der Perioden mit negativem zweiten zeitlichen Versatz abweicht.
Ionentriebwerk (10) für einen Satelliten, aufweisend: einen Frequenzgenerator (50) zum Erzeugen einer Frequenz für ein elektrisches Feld (24); und eine Regelungsvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; wobei die Regelungsvorrichtung (100) mit dem Frequenzgenerator (50) gekoppelt ist, um den Frequenzgenerator bei einer vorgegebenen Frequenz zu betreiben, so dass ein Treibstoff (20) in dem elektrischen Feld (24) ionisiert wird.
Ionentriebwerk (10) nach Anspruch 11, wobei der Frequenzgenerator (50) einen Schwingkreis (30) aufweist; und wobei der Schwingkreis ein R-L-C-Schwingkreis ist.
Ionentriebwerk (10) nach Anspruch 12, wobei der Frequenzgenerator (50) ein Halbleiter-Schaltwerk (32) aufweist, welches mit dem Schwingkreis (30) gekoppelt ist und ausgeführt ist, den Schwingkreis (30) gemäß dem Schaltsignal der Regelungsvorrichtung (100) anzusteuern.
Satellit, insbesondere Kommunikationssatellit, aufweisend ein Ionentriebwerk (10) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Ionentriebwerk ausgeführt und angeordnet ist, den Satelliten in eine Umlaufbahn zu bringen oder in der Umlaufbahn zu halten.
Verfahren zum Erzeugen eines Schaltsignals für einen Frequenzgenerator (50) aufweisend die Schritte: Erfassen eines Spannungsverlaufs und eines Stromverlaufs einer vorgebbaren Anzahl von Perioden des Frequenzgenerators (50); Ermitteln eines zeitlichen Versatzes (Δt₁) zwischen einer ansteigenden Flanke des Stromverlaufs und einer ansteigenden Flanke des Spannungsverlaufs für jede Periode der vorgebbaren Anzahl von Perioden; Ermitteln, ob dieser zeitliche Versatz (Δt₁) positiv oder negativ ist; Ermitteln einer Differenz zwischen der Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz und der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz innerhalb der vorgebbaren Anzahl von Perioden; Erzeugen und Verändern eines Schaltsignals für einen Einschaltzeitpunkt des Spannungsverlaufs, wenn die Anzahl der Perioden mit positivem zeitlichen Versatz von der Anzahl der Perioden mit negativem zeitlichen Versatz abweicht.