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Mechatronik: Komponenten, Methoden, Beispiele ; mit ... 23 Tabellen und 61 ausführlich durchgerechneten Beispielen

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Bibliographic Details
Main Authors:	Heimann, Bodo 1942- (Author), Gerth, Wilfried (Author), Popp, Karl 1942-2005 (Author)
Format:	Book
Language:	German
Published:	München [u.a.] Fachbuchverl. Leipzig im Carl-Hanser-Verl. 2007
Edition:	3., neu bearb. und erw. Aufl.
Subjects:	Mechatronik Lehrbuch
Online Access:	Inhaltsverzeichnis Inhaltstext Inhaltsverzeichnis
Item Description:	Literaturverzeichnis Seite 387 - 394
Physical Description:	399 S. Ill., zahlr. graph. Darst.
ISBN:	3446405992 9783446405998

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adam_text	BODO HEIMANN * WILFRIED GERTH * KARL POPP MECHATRONIK KOMPONENTEN - METHODEN - BEISPIELE 3., NEU BEARBEITETE UND ERWEITERTE AUFLAGE MIT 249 BILDERN, 23 TABELLEN UND 61 AUSFUEHRLICH DURCHGERECHNETEN BEISPIELEN FACHBUCHVERLAG LEIPZIG IM CARL HANSER VERLAG INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG UND GRUNDBEGRIFFE 13 1.1 GRUNDBEGRIFFE DER MECHATRONIK 13 1.2 PROZESSANALYSE MECHATRONISCHER SYSTEME 16 1.3 MODELLBILDUNG UND FUNKTIONSBEGRIFF IN DER MECHATRONIK 21 1.4 ENTWURF MECHATRONISCHER SYSTEME 28 2 AKTOREN 32 2.1 AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE DER AKTOREN 32 2.2 ELEKTROMAGNETISCHE AKTOREN 37 2.2.1 GRUNDLAGEN ELEKTRODYNAMISCHER WANDLER 37 2.2.2 BAUFORMEN ELEKTRODYNAMISCHER WANDLER 41 2.2.3 GRUNDLAGEN ELEKTROMAGNETISCHER WANDLER 45 2.2.4 AUSFUEHRUNGSFORMEN UND KENNDATEN ELEKTROMAGNETISCHER AKTOREN . . 50 2.3 FLUIDISCHE AKTOREN 54 2.3.1 GEGENUEBERSTELLUNG VON HYDRAULISCHEN UND PNEUMATISCHEN AKTOREN . 57 2.3.2 GRUNDLAGEN HYDRAULISCHER WANDLER 58 2.3.3 AUSFUEHRUNGSFORMEN UND KENNDATEN HYDRAULISCHER AKTOREN 63 2.4 NEUARTIGE AKTOREN 65 2.4.1 UEBERSICHT 65 2.4.2 GRUNDLAGEN PIEZOELEKTRISCHER WANDLER 65 2.4.3 AUSFUEHRUNGSFORMEN UND KENNDATEN PIEZOELEKTRISCHER AKTOREN . . . . 69 2.5 VERGLEICH AUSGEWAEHLTER AKTOREN 71 3 SENSOREN 74 3.1 INTEGRATIONSGRADE UND ANFORDERUNGEN AN SENSOREN 74 3.2 KENNGROESSEN VON SENSOREN 77 3.2.1 BEGRIFFE UND DEFINITIONEN 77 3.2.2 STATISCHES VERHALTEN VON MESSSYSTEMEN 79 3.3 WIRKPRINZIPIEN ZUR MESSUNG KINEMATISCHER UND DYNAMISCHER GROESSEN . . . . 81 3.4 WEG- UND WINKELMESSUNG 82 3.4.1 POTENTIOMETRISCHE VERFAHREN 82 3.4.2 INDUKTIVE MESSVERFAHREN 84 3.4.3 MESSVERFAHREN MIT MAGNETFELDSENSOREN 87 3.4.4 KAPAZITIVE MESSVERFAHREN 88 3.4.5 MESSVERFAHREN AUF ULTRASCHALLBASIS 89 3.4.6 MAGNETOSTRIKTIVE WEGGEBER 93 3.4.7 ABSOLUTWERTGEBER 93 3.4.8 INKREMENTALE MESSVERFAHREN 94 3.5 GESCHWINDIGKEITSMESSSYSTEME 96 3.6 BESCHLEUNIGUNGSMESSSYSTEME 97 3.6.1 PIEZOELEKTRISCHE BESCHLEUNIGUNGSSENSOREN 97 3.6.2 MIKROMECHANISCHE BESCHLEUNIGUNGSSENSOREN 99 10 INHALTSVERZEICHNIS 3.7 EINACHSIGE KRAFT- UND MOMENTMESSUNG 100 3.7.1 KRAFT-/MOMENTAUFNEHMER MIT DEHNUNGSMESSSTREIFEN 101 3.7.2 OPTISCHE VERFAHREN ZUR KRAFTMESSUNG 105 3.7.3 PIEZOELEKTRISCHE KRAFT- UND MOMENTSENSOREN 107 3.7.4 MAGNETOELASTISCHE KRAFTSENSOREN 107 3.7.5 KOMPENSATIONSVERFAHREN ZUR KRAFTMESSUNG 108 3.8 MEHRKOMPONENTEN-KRAFTSENSOREN 109 4 SIGNALVERARBEITUNG 112 4.1 EINTEILUNG UND DARSTELLUNG VON SIGNALEN 112 4.1.1 SIGNALKENNWERTE UND SIGNALKENNFUNKTIONEN 114 4.1.2 EINFLUSS VON ZEITFENSTERN BEI DER FOURIER-TRANSFORMATION 120 4.1.3 UEBERLAGERUNG VON SIGNALEN 124 4.2 ZEITDISKRETE SIGNALE 129 4.2.1 PERIODISCHE ABTASTUNG EINES ZEITSIGNALS 130 4.2.2 DISKRETE FOURIER-TRANSFORMATION (DFT UND FFT) 133 4.2.3 SCHAETZUNG VON SIGNALMODELLEN (FORMFILTER) 140 5 PROZESSDATENVERARBEITUNG 143 5.1 BEGRIFFSDEFINITION ECHTZEITDATENVERARBEITUNG 144 5.2 GRUNDSTRUKTUREN REAKTIVER PROGRAMMIERUNG 145 5.2.1 PROGRAMMGESTEUERTE ABFRAGE, POLLING 145 5.2.2 ZEITINTERRUPTGESTEUERTE ABFRAGE 146 5.2.3 SAMMELINTERRUPT GESTEUERTE ABFRAGE 149 5.2.4 PRIORITAETSINTERRUPTSYSTEM 149 5.3 MULTITASKING UND MULTIPROCESSING 151 5.3.1 EINFACHES MULTITASKING 151 5.3.2 MULTIPROZESSORARCHITEKTUREN 157 5.3.3 DAS PREEMPTIONPROBLEM 157 5.4 ZEIT-/EREIGNISSCHEDULING 160 5.5 SYNCHRONISATION VON PROZESSEN 160 5.5.1 KONFLIKTSITUATIONEN BEI MEHREREN PROZESSEN 160 5.5.2 SEMAPHORE 163 5.5.3 MONITORE 166 5.5.4 BOLT-VARIABLE 167 5.5.5 ZAEHLENDE SEMAPHORE 168 5.5.6 RENDEZVOUS 169 5.5.7 KANAELE 171 5.6 DEADLOCK 172 5.7 BEWERTUNG VON ECHTZEITLOESUNGEN 173 5.7.1 STRUKTURELLE ANALYSE 173 5.7.2 EINFACHE MESSTECHNISCHE ANALYSE 175 5.7.3 MESSUNG DER PHASENREINHEIT UND MITTLEREN VERZOEGERUNG 176 5.8 ECHTZEITKONFORME SENSOR-/AKTORNETZE 179 6 MODELLBILDUNG VON MEHRKOERPERSYSTEMEN 182 6.1 KINEMATIK VON MEHRKOERPERSYSTEMEN 183 6.1.1 KOORDINATENSYSTEME UND KOORDINATENTRANSFORMATIONEN 184 6.1.2 BEISPIELE FUER ROTATIONSMATRIZEN (DREHMATRIZEN) 186 6.1.3 HOMOGENE KOORDINATEN UND HOMOGENE TRANSFORMATIONEN 191 INHALTSVERZEICHNIS 6.1.4 MECHANISCHE ERSATZSYSTEME MIT BAUMSTRUKTUR 196 6.1.5 DENAVIT-HARTENBERG-NOTATION (DH-NOTATION) 200 6.1.6 DIREKTE UND INVERSE KINEMATIK 203 6.1.7 DIFFERENZIELLE KINEMATIK UND JACOBI-MATRIX 207 6.2 KINETIK VON MEHRKOERPERSYSTEMEN 212 6.2.1 GRUNDGLEICHUNGEN FUER DEN STARREN KOERPER 213 6.2.2 NEWTON-EULER-METHODE 215 6.2.3 LAGRANGE SCHE METHODE 220 7 TRAJEKTORIENPLANUNG 228 7.1 KINEMATISCHE BAHNPLANUNG 229 7.1.1 BESCHREIBUNG VON RAUMKURVEN 230 7.1.2 PROFILE FUER DIE BAHNGESCHWINDIGKEIT 232 7.1.3 GENERIERUNG ALLGEMEINER TRAJEKTORIEN DURCH INTERPOLATIONSPOLYNOME 234 7.1.4 BAHNPLANUNG FUER REDUNDANTE SYSTEME 236 7.2 TRAJEKTORIENPLANUNG UND INVERSE DYNAMIK 239 7.2.1 PARAMETRISIERUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 240 7.2.2 BEMERKUNGEN ZUR OPTIMALEN TRAJEKTORIENPLANUNG 244 8 REGELUNG MECHATRONISCHER SYSTEME 246 8.1 LINEARISIERUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 247 8.1.1 ZUSTANDSRAUMBESCHREIBUNG LINEARER SYSTEME 249 8.1.2 ANDERE DARSTELLUNGEN LINEARER ZEITINVARIANTER SYSTEME 253 8.2 REGELUNGSENTWURF FUER LINEARE MEHRGROESSENSYSTEME 255 8.2.1 STRUKTUR VON MEHRGROESSENSYSTEMEN 256 8.2.2 LINEARE MEHRGROESSENREGELUNGEN 257 8.2.3 REGELUNGSENTWURF DURCH POLZUWEISUNG 261 8.2.4 POLZUWEISUNG FUER REGELSTRECKEN MIT EINEM STELLEINGRIFF 265 8.2.5 MODALE REGELUNG 269 8.2.6 OPTIMALE LINEARE REGELUNG (LQ-REGELUNG) 270 8.2.7 BEOBACHTERENTWURF UND REGELUNG 277 8.3 DIGITALE REGELUNG (ABTASTREGELUNG) 279 8.3.1 ABTASTUNG UND HALTEGLIED 280 8.3.2 ZEITDISKRETE SYSTEME IM ZEITBEREICH 281 8.3.3 ZEITDISKRETE SYSTEME IM FREQUENZBEREICH 288 8.3.4 ENTWURF DIGITALER REGELUNGEN 293 8.4 AUSBLICK AUF WEITERE REGELUNGSVERFAHREN 298 9 AUSGEWAEHLTE BEISPIELE FUER MECHATRONISCHE SYSTEME 305 9.1 MODELLGESTUETZTE REGELUNG EINES INDUSTRIEROBOTERS 305 9.1.1 KINEMATISCHES MODELL 307 9.1.2 DYNAMISCHES MODELL 310 9.1.3 REGELUNG 314 9.2 STABILISIERUNG EINER ZWEIBEINIGEN LAUFMASCHINE 320 9.2.1 EINFUEHRENDE UEBERSICHT 321 9.2.2 DYNAMISCH STABILES GEHEN 323 9.2.3 BAHNPLANUNG 325 9.2.4 ERGEBNISSE 329 9.2.5 DISKUSSION 331 12 INHALTSVERZEICHNIS 9.3 MAGNETFUEHRUNG FUER WERKZEUGMASCHINEN 332 9.3.1 MODELLBILDUNG 334 9.3.2 FREIHEITSGRAD-REGELUNG 339 9.3.3 ENTKOPPELTE KASKADENREGELUNG 342 9.3.4 MESSERGEBNISSE 344 9.4 SEMIAKTIVES MOTORLAGER 346 9.4.1 MODELLBILDUNG 349 9.4.2 REGELUNG 355 9.4.3 ERGEBNISSE 358 9.5 UNTERDRUECKUNG VON BREMSENQUIETSCHEN DURCH BESCHALTETE PIEZOELEMENTE . . 359 9.5.1 SHUNT DAMPING 360 9.5.2 BREMSENQUIETSCHEN 366 9.5.3 BREMSENMODELL 367 9.5.4 MESSUNGEN 371 A MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN 374 A.L LAPLACE- UND FOURIER-TRANSFORMATION 374 A.L.L LAPLACE-TRANSFORMATION 374 A.1.2 FOURIER-TRANSFORMATION 375 A.2 MATRIZENRECHNUNG 377 A.2.1 BEGRIFFE UND EINFACHE RECHENREGELN 377 A.2.2 EIGENWERTE, EIGENVEKTOREN 378 A.2.3 AEHNLICHKEITSTRANSFORMATION (HAUPTACHSENTRANSFORMATION) 379 A.2.4 LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME UND SINGULAERWERTZERLEGUNG 381 A.3 LINEARE, ZEITINVARIANTE DYNAMISCHE SYSTEME 383 A.3.1 FUNDAMENTALMATRIX UND IHRE EIGENSCHAFTEN 384 A.3.2 MODALTRANSFORMATION 385 A.3.3 STEUERBARKEIT UND 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adam_txt	BODO HEIMANN * WILFRIED GERTH * KARL POPP MECHATRONIK KOMPONENTEN - METHODEN - BEISPIELE 3., NEU BEARBEITETE UND ERWEITERTE AUFLAGE MIT 249 BILDERN, 23 TABELLEN UND 61 AUSFUEHRLICH DURCHGERECHNETEN BEISPIELEN FACHBUCHVERLAG LEIPZIG IM CARL HANSER VERLAG INHALTSVERZEICHNIS 1 EINLEITUNG UND GRUNDBEGRIFFE 13 1.1 GRUNDBEGRIFFE DER MECHATRONIK 13 1.2 PROZESSANALYSE MECHATRONISCHER SYSTEME 16 1.3 MODELLBILDUNG UND FUNKTIONSBEGRIFF IN DER MECHATRONIK 21 1.4 ENTWURF MECHATRONISCHER SYSTEME 28 2 AKTOREN 32 2.1 AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE DER AKTOREN 32 2.2 ELEKTROMAGNETISCHE AKTOREN 37 2.2.1 GRUNDLAGEN ELEKTRODYNAMISCHER WANDLER 37 2.2.2 BAUFORMEN ELEKTRODYNAMISCHER WANDLER 41 2.2.3 GRUNDLAGEN ELEKTROMAGNETISCHER WANDLER 45 2.2.4 AUSFUEHRUNGSFORMEN UND KENNDATEN ELEKTROMAGNETISCHER AKTOREN . . 50 2.3 FLUIDISCHE AKTOREN 54 2.3.1 GEGENUEBERSTELLUNG VON HYDRAULISCHEN UND PNEUMATISCHEN AKTOREN . 57 2.3.2 GRUNDLAGEN HYDRAULISCHER WANDLER 58 2.3.3 AUSFUEHRUNGSFORMEN UND KENNDATEN HYDRAULISCHER 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EINACHSIGE KRAFT- UND MOMENTMESSUNG 100 3.7.1 KRAFT-/MOMENTAUFNEHMER MIT DEHNUNGSMESSSTREIFEN 101 3.7.2 OPTISCHE VERFAHREN ZUR KRAFTMESSUNG 105 3.7.3 PIEZOELEKTRISCHE KRAFT- UND MOMENTSENSOREN 107 3.7.4 MAGNETOELASTISCHE KRAFTSENSOREN 107 3.7.5 KOMPENSATIONSVERFAHREN ZUR KRAFTMESSUNG 108 3.8 MEHRKOMPONENTEN-KRAFTSENSOREN 109 4 SIGNALVERARBEITUNG 112 4.1 EINTEILUNG UND DARSTELLUNG VON SIGNALEN 112 4.1.1 SIGNALKENNWERTE UND SIGNALKENNFUNKTIONEN 114 4.1.2 EINFLUSS VON ZEITFENSTERN BEI DER FOURIER-TRANSFORMATION 120 4.1.3 UEBERLAGERUNG VON SIGNALEN 124 4.2 ZEITDISKRETE SIGNALE 129 4.2.1 PERIODISCHE ABTASTUNG EINES ZEITSIGNALS 130 4.2.2 DISKRETE FOURIER-TRANSFORMATION (DFT UND FFT) 133 4.2.3 SCHAETZUNG VON SIGNALMODELLEN (FORMFILTER) 140 5 PROZESSDATENVERARBEITUNG 143 5.1 BEGRIFFSDEFINITION ECHTZEITDATENVERARBEITUNG 144 5.2 GRUNDSTRUKTUREN REAKTIVER PROGRAMMIERUNG 145 5.2.1 PROGRAMMGESTEUERTE ABFRAGE, POLLING 145 5.2.2 ZEITINTERRUPTGESTEUERTE ABFRAGE 146 5.2.3 SAMMELINTERRUPT GESTEUERTE 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ERSATZSYSTEME MIT BAUMSTRUKTUR 196 6.1.5 DENAVIT-HARTENBERG-NOTATION (DH-NOTATION) 200 6.1.6 DIREKTE UND INVERSE KINEMATIK 203 6.1.7 DIFFERENZIELLE KINEMATIK UND JACOBI-MATRIX 207 6.2 KINETIK VON MEHRKOERPERSYSTEMEN 212 6.2.1 GRUNDGLEICHUNGEN FUER DEN STARREN KOERPER 213 6.2.2 NEWTON-EULER-METHODE 215 6.2.3 LAGRANGE'SCHE METHODE 220 7 TRAJEKTORIENPLANUNG 228 7.1 KINEMATISCHE BAHNPLANUNG 229 7.1.1 BESCHREIBUNG VON RAUMKURVEN 230 7.1.2 PROFILE FUER DIE BAHNGESCHWINDIGKEIT 232 7.1.3 GENERIERUNG ALLGEMEINER TRAJEKTORIEN DURCH INTERPOLATIONSPOLYNOME 234 7.1.4 BAHNPLANUNG FUER REDUNDANTE SYSTEME 236 7.2 TRAJEKTORIENPLANUNG UND INVERSE DYNAMIK 239 7.2.1 PARAMETRISIERUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 240 7.2.2 BEMERKUNGEN ZUR OPTIMALEN TRAJEKTORIENPLANUNG 244 8 REGELUNG MECHATRONISCHER SYSTEME 246 8.1 LINEARISIERUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 247 8.1.1 ZUSTANDSRAUMBESCHREIBUNG LINEARER SYSTEME 249 8.1.2 ANDERE DARSTELLUNGEN LINEARER ZEITINVARIANTER SYSTEME 253 8.2 REGELUNGSENTWURF FUER LINEARE MEHRGROESSENSYSTEME 255 8.2.1 STRUKTUR VON MEHRGROESSENSYSTEMEN 256 8.2.2 LINEARE MEHRGROESSENREGELUNGEN 257 8.2.3 REGELUNGSENTWURF DURCH POLZUWEISUNG 261 8.2.4 POLZUWEISUNG FUER REGELSTRECKEN MIT EINEM STELLEINGRIFF 265 8.2.5 MODALE REGELUNG 269 8.2.6 OPTIMALE LINEARE REGELUNG (LQ-REGELUNG) 270 8.2.7 BEOBACHTERENTWURF UND REGELUNG 277 8.3 DIGITALE REGELUNG (ABTASTREGELUNG) 279 8.3.1 ABTASTUNG UND HALTEGLIED 280 8.3.2 ZEITDISKRETE SYSTEME IM ZEITBEREICH 281 8.3.3 ZEITDISKRETE SYSTEME IM FREQUENZBEREICH 288 8.3.4 ENTWURF DIGITALER REGELUNGEN 293 8.4 AUSBLICK AUF WEITERE REGELUNGSVERFAHREN 298 9 AUSGEWAEHLTE BEISPIELE FUER MECHATRONISCHE SYSTEME 305 9.1 MODELLGESTUETZTE REGELUNG EINES INDUSTRIEROBOTERS 305 9.1.1 KINEMATISCHES MODELL 307 9.1.2 DYNAMISCHES MODELL 310 9.1.3 REGELUNG 314 9.2 STABILISIERUNG EINER ZWEIBEINIGEN LAUFMASCHINE 320 9.2.1 EINFUEHRENDE UEBERSICHT 321 9.2.2 DYNAMISCH STABILES GEHEN 323 9.2.3 BAHNPLANUNG 325 9.2.4 ERGEBNISSE 329 9.2.5 DISKUSSION 331 12 INHALTSVERZEICHNIS 9.3 MAGNETFUEHRUNG FUER WERKZEUGMASCHINEN 332 9.3.1 MODELLBILDUNG 334 9.3.2 FREIHEITSGRAD-REGELUNG 339 9.3.3 ENTKOPPELTE KASKADENREGELUNG 342 9.3.4 MESSERGEBNISSE 344 9.4 SEMIAKTIVES MOTORLAGER 346 9.4.1 MODELLBILDUNG 349 9.4.2 REGELUNG 355 9.4.3 ERGEBNISSE 358 9.5 UNTERDRUECKUNG VON BREMSENQUIETSCHEN DURCH BESCHALTETE PIEZOELEMENTE . . 359 9.5.1 SHUNT DAMPING 360 9.5.2 BREMSENQUIETSCHEN 366 9.5.3 BREMSENMODELL 367 9.5.4 MESSUNGEN 371 A MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN 374 A.L LAPLACE- UND FOURIER-TRANSFORMATION 374 A.L.L LAPLACE-TRANSFORMATION 374 A.1.2 FOURIER-TRANSFORMATION 375 A.2 MATRIZENRECHNUNG 377 A.2.1 BEGRIFFE UND EINFACHE RECHENREGELN 377 A.2.2 EIGENWERTE, EIGENVEKTOREN 378 A.2.3 AEHNLICHKEITSTRANSFORMATION (HAUPTACHSENTRANSFORMATION) 379 A.2.4 LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME UND SINGULAERWERTZERLEGUNG 381 A.3 LINEARE, ZEITINVARIANTE DYNAMISCHE SYSTEME 383 A.3.1 FUNDAMENTALMATRIX UND IHRE EIGENSCHAFTEN 384 A.3.2 MODALTRANSFORMATION 385 A.3.3 STEUERBARKEIT UND 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