Grundprinzipien der Mechatronik: Modellbildung und Simulation mit Bondgraphen
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Springer Vieweg
2013
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VII
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 HISTORISCHE ENTWICKLUNG DER
INGENIEURWISSENSCHAFTEN 1
1.1.1 ENTWICKLUNG DER PHYSIK 3
1.1.2 LOESUNGSWEGE ZUR VEREINHEITLICHUNG 5
1.2 SYSTEME UND MODELLE 7
1.2.1 MECHATRONISCHE SYSTEME 8
1.2.2 MODELLE 10
1.2.3 THEORETISCHE MODELLBILDUNG 15
1.2.4 MODELLIERUNGSBEISPIELE 17
1.2.4.1 MECHANISCHES BEISPIEL 17
1.2.4.2 ELEKTROTECHNISCHES BEISPIEL 20
1.2.5 SIMULATION VON MODELLEN 24
1.3 BONDGRAPHEN 26
2 MODELLBILDUNG MIT
BONDGRAPHEN 30
2.1 SUBSYSTEME UND MULTIPORTS 30
2.1.1 PORTS UND
MULTIPORTS 30
2.1.2 GENERALISIERTE VARIABLEN 31
2.1.3 MULTIPORTS UND BONDGRAPHEN 35
2.2 MODELLE GRUNDLEGENDER KOMPONENTEN 38
2.2.1 1-PORT BAUELEMENTE 39
2.2.1.1 1-PORT WIDERSTAND (RESISTOR) 39
2.2.1.2 1-PORT NACHGIEBIGKEITEN (COMPLIANCE) 42
2.2.1.3 1-PORT TRAEGHEIT (INERTIA, INDUCTANCE) 44
2.2.1.4 1-PORT QUELLEN 46
2.2.2 2-PORT BAUELEMENTE 47
2.2.2.1 2-PORT TRANSFORMER 47
2.2.2.2 2-PORT GYRATOR 50
2.2.3 MULTI-PORT ELEMENTE 52
2.2.3.1 3-PORT VERKNUEPFUNGEN 52
2.2.3.2 VEREINFACHUNG VON VERKNUEPFUNGEN IN BONDGRAPHEN 56
2.2.4 ZEICHNEN VON
BONDGRAPHEN EINFACHER SYSTEME 59
2.2.4.1 ELEKTRISCHE SYSTEME 59
2.2.4.2 MECHANISCHE SYSTEME 63
2.3.5 KAUSALITAETSZUWEISUNG 67
2.2.4.3 KAUSALITAET VON TRANSFORMER UND
GYRATOR 68
2.2.4.4 KAUSALITAET VON VERKNUEPFUNGEN 69
2.2.4.5 KAUSALITAET VON SPEICHERELEMENTEN:
I, C 69
2.2.4.6 KAUSALITAET DES R-ELEMENTES 71
2.2.4.7 KAUSALITAETSZUWEISUNG IN BONDGRAPHEN 71
2.3 BONDGRAPHEN HYDRAULISCHER UND ELEKTRONISCHER SYSTEME 78
HTTP://D-NB.INFO/1023285282
VIII
2.3.1 1-PORT ELEMENTE DER HYDRAULIK 80
2.3.1.1 C-ELEMENTE 80
2.3.1.2 I-ELEMENTE 81
2.3.1.3 R-ELEMENTE 81
2.3.2 2-PORT ELEMENTE DER HYDRAULIK 83
2.3.3 ZEICHNEN VON BONDGRAPHEN
HYDRAULISCHER SYSTEME 84
2.3.4 ELEKTRONISCHE SYSTEME 86
3 HERLEITUNG DES MATHEMATISCHEN MODELLS 95
3.1 STANDARDFORMEN VON SYSTEMGLEICHUNGEN 95
3.2 ERMITTLUNG DER SYSTEMGLEICHUNGEN VON BONDGRAPHEN 100
3.2.1 SYSTEMVARIABLEN 100
3.2.2 BEISPIEL AUS DER ELEKTROTECHNIK 101
3.2.3 BEISPIEL AUS DER
MECHANIK 103
3.2.4 BEISPIEL AUS DER ELEKTROMECHANIK 106
3.2.5 SPEICHER MIT DIFFERENTIELLER KAUSALITAET 108
3.3 ALGEBRAISCHE SCHLEIFEN 111
3.3.1 ELEKTROTECHNISCHES BEISPIEL 112
3.3.2 MECHANISCHES BEISPIEL 114
4 SIMULATIONSSYSTEME 117
4.1 NUMERISCHE INTEGRATION 119
4.2 BLOCKSCHALTBILD-EDITOREN 128
4.3 OBJEKTORIENTIERTE SIMULATIONSSYSTEME 134
5 ANALYSE LINEARER SYSTEME 142
5.1 LINEARISIERUNG NICHTLINEARER SYSTEME 142
5.2 KLASSIFIZIERUNG VON SYSTEMEN
NACH IHRER ORDNUNG 147
5.2.1 SYSTEME 0. ORDNUNG 148
5.2.2 SYSTEME 1. ORDNUNG 150
5.2.3 SYSTEME 2. ORDNUNG 153
5.2.3.1 UNTERSUCHUNG IM ZEITBEREICH 153
5.2.3.2 UNTERSUCHUNG IM FREQUENZBEREICH 162
5.2.4 SYSTEME HOEHERER ORDNUNG 171
6 MULTIPORT-FELDER UND KOMPLEXE
STRUKTUREN 176
6.1 C-FELDER 176
6.1.1 MECHANISCHES C-FELD 177
6.1.2 IMPLIZITES ELEKTRISCHES C-FELD 180
6.1.3 SENSOR MIT C-FELD 183
6.2 I-FELDER 186
6.3 R-FELDER 193
6.4 MULTIPORT TRANSFORMER 195
IX
7 KOMPONENTEN MECHATRONISCHER SYSTEME 200
7.1 MECHANISCHE STRUKTUREN 201
7.1.1 EBENE BEWEGUNG STARRER KOERPER 204
7.1.2 RAEUMLICHE BEWEGUNG STARRER KOERPER 211
7.1.3 MODELLIERUNG VON FAHRZEUGKOMPONENTEN 214
7.1.3.1 ANTRIEBSSTRANG 214
7.1.3.2 PASSIVES FAHRWERK 217
7.1.3.3 AKTIVE FEDERUNG 224
7.2 SENSOREN 228
7.2.1 OHMSCHER WIDERSTANDSEFFEKT 228
7.2.2 MAGNETISCHE EFFEKTE 232
7.2.2.1 EIGENSCHAFTEN MAGNETISCHER FELDER 232
7.2.2.2 BONDGRAPHEN MAGNETISCHER SYSTEME 235
7.2.2.3 SENSOR MIT MAGNETISCHEN EIGENSCHAFTEN 237
7.2.2.4 HALL EFFEKT 241
7.2.3 PIEZOELEKTRISCHER EFFEKT 245
7.2.3.1 PIEZOELEMENT 247
7.2.3.2 SENSOREN MIT PIEZOELEMENTEN 249
7.2.3.3 AKTIVITAET VON LEISTUNGSBONDS 250
7.2.4 SIGNALANPASSUNG UND FILTERUNG 255
7.3 AKTOREN 260
7.3.1 ELEKTRISCHE AKTOREN 261
7.3.1.1 ELEKTROMAGNET 261
7.3.1.2 ELEKTROMOTOREN 264
7.3.2 HYDRAULISCHE AKTOREN 274
8 MECHATRONISCHE SYSTEME 279
8.1 LAGEREGELKREIS EINER NC-MASCHINE 279
8.1.1 BONDGRAPH ELEKTROMECHANISCHES SYSTEM 280
8.1.2 UNTERSCHIEDLICHES REIBVERHALTEN 281
8.1.3 GESAMTMODELL MIT NICHTLINEAREN KOMPONENTEN 286
8.2 INVERTIERTES PENDEL 290
8.2.1 ERMITTLUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 291
8.2.2 ERMITTLUNG DES BONDGRAPHEN 293
8.2.3 REGELUNG DES INVERTIERTEN
PENDELS 294
8.2.3.1 EINFACHE P-REGELUNG 296
8.2.3.2 PD- UND PID-REGELUNG 297
9 SCHLUSSBETRACHTUNG 300
10 LOESUNGEN ZU DEN AUFGABEN 303
LITERATURVERZEICHNIS 325
SACHWORTVERZEICHNIS
327 |
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