Mechatronische Systeme im Maschinenbau:
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Aachen
Shaker
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INHALT
I
INHALT
1
EINFUEHRUNG
UND
BEISPIELSYSTEME
1
1.
1
WAS
IST
MECHATRONIK?
.
1
1.
2
BEISPIELE
FUER
TYPISCHE
MECHATRONIK-SYSTEME
.
7
1.2.1
ELEKTRONISCHE
WAAGE
STROMKOMPENSATION
.
7
1.2.2
AKTIVER
FAHRZEUGSITZ
FUER
LKW-FAHRER
.
15
2
MECHANISCHE
SYSTEME
19
2.
1
STRUKTURDYNAMIK
.
19
2.1.1
EINLEITUNG
.
19
2.1.2
METHODE
DER
FINITEN
ELEMENTE,
DISKRETISIERUNG
DER
STRUKTUR
.
21
2.1.2.1
BEISPIEL:
ERMITTLUNG
DER
ELEMENTMATRIZEN
FUER
DEN
BEMOULLI-BALKEN
24
2.1.2.2
BERUECKSICHTIGUNG
DER
DAEMPFUNG
.
27
2.1.2.3
EIGENSCHAFTEN
DER
SYSTEMMATRIZEN
.
29
2.1.3
BEURTEILUNG
DES
SYSTEMVERHALTENS
.
30
2.1.3.1
EIGENVERHALTEN
.
31
2.1.3.2
UEBERTRAGUNGSVERHALTEN
.
34
2.1.3.3
BEISPIEL
.
41
2.1.4
LITERATUR
.
53
2.
2
ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG
MECHANISCHER
SYSTEME
.
55
2.2.1
EINLEITUNG
.
55
2.2.1.1
EIGENSCHAFTEN
UND
MOTIVATION
.
55
2.2.1.2
FORMULIERUNG
.
56
2.2.1.3
BEISPIEL:
VERKNUEPFUNG
VON
ZUSTANDSRAUMSYSTEMEN
.
58
2.2.2
ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG
IN
PHYSIKALISCHEN
KOORDINATEN
.
60
2.2.3
MODALE
ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG
.
62
2.2.3.1
DEFINITION
.
62
2.2.3.2
BEZIEHUNG
ZUR
MODALEN
BEWEGUNGSGLEICHUNG
.
64
2.2.4
STEUERBARKEIT
UND
BEOBACHTBARKEIT
.
66
2.2.4.1
STEUERBARKEITS-GRAMIAN
.
67
2.2.4.2
BEOBACHTBARKEITS-GRAMIAN
.
67
II
INHALT
2.2.43
HANKELSCHE
SINGULAERWERTE
.
68
2.2.5
MODELLREDUKTION
.
68
2.2.5.1
REDUKTION
DURCH
MODALES
ABSCHNEIDEN
.
69
2.2.5.2
REDUKTION
NACH
STEUER
UND
BEOBACHTBARKEIT
.
70
2.2.6
LITERATUR
.
72
2.3
NICHT-LINEARE
SYSTEME
.
73
2.3.1
EINFUEHRUNG
.
73
2.3.2
URSACHEN
VON
NICHT-LINEARITAETEN
.
77
2.3.2.1
MATERIAL
NICHT-LINEARITAET
.
77
23.2.2
GEOMETRISCHE
NICHT-LINEARITAET
.
84
2.3.23
NICHT-LINEARE
RANDBEDINGUNGEN
.
93
2.3.3
RECHNERISCHE
BEHANDLUNG
DER
NICHT-LINEARITAETEN
.
99
2.33.1
LINEARISIERUNG
.
100
2.33.2
BERECHNUNG
DER
ZEITANTWORT
NICHT-LINEARER
SYSTEME
.
100
2.3.4
BEISPIELE
TYPISCHER
BERECHNUNGSSZENARIEN
.
108
23.4.1
ERMITTLUNG
EINER
KENNLINIE/EINES
KENNFELDES
.
108
23.4.2
LINEARES
VERHALTEN
UM
EINEN
NICHT-LINEAREN
ARBEITSPUNKT
.
110
2.3.43
SYSTEME
MIT
LOKALEN
NICHT-LINEARITAETEN
.
112
23.4.4
GLOBAL
NICHT-LINEARE
SYSTEME
.
114
2.3.5
LITERATUR
.
116
2.4
IDENTIFIKATION
(EXPERIMENTELLE
MODELLBILDUNG)
.
117
2.4.1
UEBERSICHT
.
117
2.4.2
BEISPIELE
ZUR
IDENTIFIKATION
AUS
DEM
BEREICH
DER
MECHANIK
UND
DER
ELEKTROTECHNIK
.
121
2.4.3
FEHLERKRITERIEN
.
126
2.4.4
METHODE
DER
KLEINSTEN
FEHLERQUADRATE
.
128
3
REGELUNG
MECHANISCHER
SYSTEME
135
3.1
EINLEITUNG
.
135
3.2
REGELUNG
STARRER
KOERPER
.
137
3.2.1
UEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN
DES
GESCHLOSSENEN
REGELKREISES
.
141
3.2.2
STOERUEBERTRAGUNGSFUNKTION
.
142
INHALT
III
3.2.3
EMPFINDLICHKEITSFUNKTION
.
145
3.2.4
FUEHRUNGSUEBERTRAGUNGSFUNKTION
.
146
3.2.5
STELLUEBERTRAGUNGSFUNKTION
.
150
3.
3
MEHRGROESSENREGELUNG
.
152
3.3.1
EINLEITUNG
.
152
3.3.2
DARSTELLUNGSFORMEN
FUER
MEHRGROESSENSYSTEME
.
157
3.3.3
DEZENTRALE
REGELUNG
.
159
3.3.4
MEHRGROESSENREGELUNG
DURCH
ENTKOPPLUNG
.
165
3.3.5
ZENTRALE
REGELUNG
.
169
3.4
WECHSELWIRKUNG
MIT
DER
MECHANISCHEN
STRUKTUR
.
169
3.4.1
POLE
UND
NULLSTELLEN
.
170
3.4.2
KOLLOKATION
VON
SENSOR
UND
AKTOR
.
176
3.4.3
ERWEITERUNG
DER
REGLERSTRUKTUR
UM
FILTER
.
179
3.
5
ZUSAMMENFASSUNG
.
180
3.6
MODELLBASIERTE
REGLERSYNTHESE
.
180
3.7
LITERATUR
.
183
4
SIGNALE
185
4.
1
VORBEMERKUNG
.
185
4.2
WAS
BEDEUTET
MESSEN
?
-
DAS
EINHEITENSYSTEM
.
185
4.
3
DAS
IDEALISIERTE
MESSSYSTEM
.
186
4.3.1
DIE
MESSKETTE
.
187
4.4
GRUNDBEGRIFFE
AUS
DER
MESSTECHNIK
.
188
4.
5
MESSPRINZIPIEN,
MESSVERFAHREN,
MESSMETHODEN
.
190
4.5.1
BEISPIEL:
MESSUNG
MAGNETISCHER
FELDSTAERKE
.
190
4.
6
DAS
FEHLERBEHAFTETE
MESSSYSTEM
.
191
4.6.1
FEHLERQUELLEN
.
191
4.6.1.1
BEISPIEL:
SPANNUNGS
BZW.
STROMMESSUNG
.
192
4.6.2
STATISCHE
MESSABWEICHUNGEN
.
193
4.7
STOERUNGEN
DES
MESSVORGANGS
.
194
4.7.1
KOPPLUNGSMECHANISMEN
.
196
4.
8
DYNAMISCHE
EIGENSCHAFTEN
EINES
MESSSYSTEMS
.
203
IV
INHALT
4.8.1
FILTERUNG
.203
4.8.2
BESCHREIBUNGSMITTEL
FUER
SIGNALE
IM
ZEIT-UND
FREQUENZBEREICH
.
206
4.8.2.1
STOCHASTISCHE
SIGNALE
.
206
4.8.2.2
BEISPIEL:
.
207
4.8.2.3
PERIODISCHE
SIGNALE
.
207
4.8.2.4
IMPULSREIHEN
.207
4.8.2.5
APERIODISCHE
SIGNALE
.
209
4.8.3
UEBERTRAGUNGSVERHALTEN
EINES
MESSSYSTEMS
.
209
4.8.4
UEBERTRAGUNGSFUNKTION
UND
FREQUENZGANG
.
211
4.8.4.1
BEISPIEL:
.
212
4.8.5
FUNDAMENTALE
MESSSYSTEME
.213
4.
9
HARDWARE
ZUR
SIGNALVERARBEITUNG
UND
REGELUNG
.215
4.9.1
SPEICHER
.
219
4.9.2
PROZESSOR
(CPU)
.
220
4.9.3
BUSSYSTEME
.
226
4.9.4
AUSWAHLKRITERIEN
.
234
4.9.5
ECHTZEITPROZESSE
.
239
4.9.6
ZEITDISKRETISIERUNG
.
243
4.9.7
REGLERUMSETZUNG
.
245
4.9.8
ANALOG/DIGITAL
WANDLUNG
.
252
4.
LOLITERATUR
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