Mechatronik: Komponenten, Methoden, Beispiele ; mit 292 Bildern, 44 Tabellen und 80 ausführlich durchgerechneten Beispielen
Die Mechatronik ist die Wissenschaft der intelligenten Verknüpfung von Lösungselementen der Fachgebiete Maschinenbau, Elektrotechnik/Elektronik und Informatik. Das Ziel der Mechatronik ist die vorgegebene Funktionalität eines Systems synergetisch unter Berücksichtigung von einschränkenden Randbeding...
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|---|---|
| Format: | Electronic eBook |
| Language: | German |
| Published: |
München
Fachbuchverlag Leipzig im Carl-Hanser-Verlag
[2016]
|
| Edition: | 4., überarbeitete und ergänzte Auflage |
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| Online Access: | DE-522 DE-1043 DE-1102 DE-1046 DE-1047 DE-858 DE-1050 DE-573 DE-M347 DE-92 DE-898 DE-859 DE-860 DE-861 DE-863 DE-862 DE-703 Volltext Inhaltsverzeichnis |
| Summary: | Die Mechatronik ist die Wissenschaft der intelligenten Verknüpfung von Lösungselementen der Fachgebiete Maschinenbau, Elektrotechnik/Elektronik und Informatik. Das Ziel der Mechatronik ist die vorgegebene Funktionalität eines Systems synergetisch unter Berücksichtigung von einschränkenden Randbedingungen möglichst optimal zu erreichen. Die Beispiele mechatronischer Systeme sind zahlreich: Fahrerassistenzsysteme im Kraftfahrzeug, Einrichtungen des aktiven Schwingungsschutzes, sensorgeführte Roboter, moderne Werkzeugmaschinen, mikromechanische Geräte der Medizintechnik und viele mehr. Dieses Lehrbuch und Nachschlagewerk beschreibt die Methoden zur Analyse mechatronischer Systeme und der verschiedenen Komponenten zu ihrer Synthese. Die Darstellung enthält Beiträge zur Sensorik und Aktorik, zur Signal- und Prozessdatenverarbeitung sowie zur Modellierung und Regelung mechatronischer Systeme. Das Buch richtet sich an Studierende des Maschinenbaus, der Elektrotechnik bzw. Elektronik, der Informatik und der Mechatronik an Technischen Universitäten und Hochschulen. Darüber hinaus dient es als Nachschlagewerk für den Ingenieur in der Praxis. Die 4. Auflage wurde weitreichend überarbeitet und um Beiträge zur Robotik, zu Automotive-Anwendungen, zur Mikrosensorik, zur videobasierten Regelung sowie zur Analyse und Synthese mechatronischer Systeme einschließlich der Behandlung von Implementierungsaspekten erweitert. |
| Physical Description: | 1 Online-Ressource (447 Seiten) Illustrationen |
| ISBN: | 9783446445338 |
| DOI: | 10.3139/9783446445338 |
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INHALT
F L 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.
.
.
24
1.5 GLIEDERUNG DES
BUCHES.
.
.
27
0
AKTOREN
.
29
2.1 AUFBAU UND WIRKUNGSWEISE DER
AKTOREN.
30
2.2 AUFBAU UND WIRKPRINZIPIEN ELEKTROMAGNETISCHER
AKTOREN. 34
2.2.1 GRUNDLAGEN ELEKTRODYNAMISCHER WANDLER.
.
.
35
2.2.2 BAUFORMEN ELEKTRODYNAMISCHER WANDLER
.
39
2.2.3 GRUNDLAGEN ELEKTROMAGNETISCHER WANDLER
.
43
2.2.4 BAUFORMEN ELEKTROMAGENTISCHER
WANDLER. 46
2.2.5 AUSFUEHRUNGEN UND KENNDATEN ELEKTROMAGNETISCHER AKTOREN
.
48
2.3 FLUIDISCHE
AKTOREN.
51
2.3.1 GEGENUEBERSTELLUNG VON HYDRAULISCHEN UND PNEUMATISCHEN
AKTOREN. 54
2.3.2 GRUNDLAGEN HYDRAULISCHER
WANDLER. 55
2.3.3 AUSFUEHRUNGSFORMEN UND KENNDATEN HYDRAULISCHER AKTOREN
.
59
2.4 NEUARTIGE
AKTOREN.
62
2.4.1 GRUNDLAGEN PIEZOELEKTRISCHER WANDLER
.
62
2.4.2 AUSFUEHRUNGSFORMEN UND KENNDATEN PIEZOELEKTRISCHER AKTOREN
.
67
2.5 VERGLEICH AUSGEWAEHLTER AKTOREN
.
68
0
SENSOREN
.
71
3.1 EINFUEHRUNG UND BEGRIFFE
.
.
72
3.2 SENSOREN ZUR MESSUNG VON DEHNUNG, KRAFT, DREHMOMENT UND DRUCK
.
80
3.2.1 SENSOREN ZUR MESSUNG VON DEHNUNGEN
.
80
3.2.2 AUSWERTUNG VON DMS UND KRAFTMESSUNG
.
84
3.2.3 WEITERE SENSOREN ZUR KRAFT- UND DRUCKMESSUNG
.
. 66
3.3 SENSOREN ZUR MESSUNG VON WEG- UND WINKELGROESSEN
. 91
3.3.1 POTENTIOMETRISCHE VERFAHREN
.
91
3.3.2 PHOTOELEKTRISCHE MESSGERAETE
.
93
3.3.3 LAENGEN- UND WINKELMESSUNG DURCH NUTZUNG MAGNETISCHER PRINZIPIEN .
104
3.3.4 OPTISCHE TRIANGULATION
.
113
3.4 GESCHWINDIGKEITS- UND
WINKELGESCHWINDIGKEITSSENSOREN. 115
3.4.1 TACHOGENERATOREN
.
.
116
3.4.2 DREHRATENSENSOREN
.
117
3.4.3
LASERVIBROMETER.
118
3.5 BESCHLEUNIGUNGS- UND WINKELBESCHLEUNIGUNGSSENSOREN
.
119
3.5.1 BESCHLEUNIGUNGSSYSTEME BASIEREND AUF DEM FEDER-MASSE-PRINZIP
.
119
3.5.2 FERRARIS-SENSOR
.
123
3.5.3 BESCHLEUNIGUNGSSENSOR MIT MAGNETISCHER
WANDLUNG. 123
3.5.4 WEITERE
BESCHLEUNIGUNGSSENSORPRINZIPIEN.
124
3.6 SENSOREN ZUR MESSUNG VON TEMPERATUR UND STROEM UNG
.
125
3.6.1
THERMISTOREN.
125
3.6.2 THERMOELEM
ENTE.
128
3.6.3 SENSOREN ZUR STROEMUNGSMESSUNG:
HITZDRAHTANEMOMETER. 129
3.7 AUSBLICK AUF WEITERE SENSOREN
.
130
Q SIGNALVERARBEITUNG
.
137
4.1 DARSTELLUNG VON SIGNALEN
. 137
4.1.1 SIGNALKLASSEN
.
137
4.1.2 VERTEILUNGS-UND VERTEILUNGSDICHTEFUNKTION
. 139
4.1.3 SIGNALKENNWERTE UND SIGNALKENNFUNKTIONEN
.
141
4.1.4
FORMFILTERSYNTHESE.
149
4.1.5 UEBERLAGERUNG VON
SIGNALEN.
152
4.1.6 ZEITDISKRETE SIGNALE, PERIODISCHE ABTASTUNG
.
156
4.1.7 NAEHERUNGSFORMELN UND
RECHENVORSCHRIFTEN. 159
4.2 FILTERTECHNOLOGIEN
.
164
4.2.1 FILTER ZUR SIGNALVERARBEITUNG
.
164
4.2.2 FILTER ZUR ERZEUGUNG ZEITLICHER ABLEITUNGEN
.
169
4.2.3 OPTIMALE FILTERUNG:
KALMAN-FILTER.
173
4.2.4 ERWEITERUNGEN DES KALMAN-FILTERS
. 179
Q PROZESSDATENVERARBEITUNG
.185
5.1 BEGRIFFE DER ECHTZEITDATENVERARBEITUNG
.
186
5.2
EREIGNISBEHANDLUNG.
187
5.3
MULTITASKING.
191
5.3.1
PROZESSZUSTAENDE.
191
5.3.2 TASK-EINPLANUNG UND SCHEDULINGSTRATEGIEN
.
195
5.3.3 SYNCHRONISATION VON
PROZESSEN.
200
5.3.4 SPEZIELLE HARDWARE-ARCHITEKTUREN
.
207
5.4 ECHTZEITKONFORME NETZWERKE
.
208
5.5 BEWERTUNG VON ECHTZEITSYSTEMEN
.
211
0 MODELLBILDUNG VON
MEHRKOERPERSYSTEMEN.215
6.1 KINEMATIK VON MEHRKOERPERSYSTEMEN
.
217
6.1.1 KOORDINATENSYSTEME UND KOORDINATENTRANSFORMATIONEN
.
217
6.1.2 BEISPIELE FUER ROTATIONSMATRIZEN (DREHMATRIZEN)
. 220
6.1.3 HOMOGENE KOORDINATEN UND HOMOGENE TRANSFORMATIONEN
.
223
6.1.4 MECHANISCHE ERSATZSYSTEME MIT BAUMSTRUKTUR
.
227
6.1.5 DIREKTE UND INVERSE
KINEMATIK.
230
6.1.6 DIFFERENTIELLE KINEMATIK UND JACOBI-MATRIX
.
234
6.2 KINETIK VON
MEHRKOERPERSYSTEMEN.
237
6.2.1 GRUNDGLEICHUNGEN FUER DEN STARREN
KOERPER. 239
6.2.2
NEWTON-EULER-METHODE.
243
6.2.3T LAGRANGE*SCHE METHODE
.
247
Q SYSTEM
BESCHREIBUNG.253
7.1 LINEARE, ZEITINVARIANTE SYSTEME
.
253
7.1.1 KLEMMENMODELL
.
254
7.1.2
ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG.
257
7.1.3
STABILITAETSBEGRIFF.
262
7.1.4 STABILITAETSKRITERIEN - SYSTEMMATRIX
.
265
7.1.5 STABILITAETSKRITERIEN - UEBERTRAGUNGSFUNKTION
.
268
7.2 MODELLVEREINFACHUNG UND
-REDUKTION.
273
7.2.1 APPROXIMATION
.
274
7.2.2
LINEARISIERUNG.
277
7.2.3
ORDNUNGSREDUKTION.
281
7.3 PARAMETER- UND
SYSTEMIDENTIFIKATION.
266
7.3.1 EINFUEHRUNG IN SCHAETZPROBLEME
. 287
7.3.2 PROZESS ZUR
IDENTIFIKATION.
291
7.3.3 IDENTIFIKATION PARAMETRISCHER, LINEARER, ZEITDISKRETER SYSTEME
.
293
7.4 ASPEKTE DER IDENTIFIKATION IN DER
PRAXIS.
301
7.4.1
DATENVORVERARBEITUNG.
301
7.4.2 BESTIMMUNG DER
MODELLORDNUNG.
302
7.4.3 IDENTIFIZIERBARKEIT UND
ANREGUNG.
307
7.4.4 IDENTIFIKATION IM GESCHLOSSENEN REGELKREIS
.
311
7.4.5 IDENTIFIKATION KONTINUIERLICHER
SYSTEME. 313
7.4.6 PARAMETERIDENTIFIKATION MECHATRONISCHER
SYSTEME.317
Q REGELUNG
.
321
8.1 ENTWURFSZIELE UND GRUNDLAGEN
.
322
8.1.1
BEWERTUNGSKRITERIEN.
323
8.1.2 EMPFINDLICHKEITSFUNKTIONEN UND ENTWURFSLIMITIERUNGEN
.
326
6.2 KLASSISCHE REGELUNG LINEARER SYSTEME
.
336
8.2.1
PID-REGLER.
336
6.2.2
AUSLEGUNGSVERFAHREN.
338
6.3
ZUSTANDSREGELUNG.
344
8.3.1 EINFUEHRUNG IN DIE
ZUSTANDSREGELUNG.
344
8.3.2 BEOBACHTER UND BEOBACHTERGESTUETZTE
REGELUNG. 348
6.4 OPTIMALE UND ROBUSTE
REGELUNG.
353
8.4.1 OPTIMALE REGELUNG MIT QUADRATISCHEM GUETEM ASS
.
354
8.4.2 ROBUSTE REGELUNG -REGELUNG)
.
361
8.5 DIGITALE REGELUNG
(ABTASTREGELUNG).
369
8.5.1 ZEITDISKRETE
SYSTEMBESCHREIBUNG.
370
8.5.2 ENTWURF UND IMPLEMENTIERUNG DIGITALER REGELUNGEN
.
382
6.6 AUSBLICK: WEITERE REGELUNGSVERFAHREN
.
396
Q BEISPIELE MECHATRONISCHER SYSTEM
E.399
Q MATHEMATISCHE G RUNDLAGEN.
403
A.1
INTEGRALTRANSFORMATIONEN.
403
A.1.1
LAPLACE-TRANSFORMATION.
403
A.1.2
FOURIER-TRANSFORMATION.
404
A.1.3
X
-TRANSFORMATION
.
406
A.1.4 KORRESPONDENZTABELLEN UND DEREN ANWENDUNG
.
407
A.2 MATRIZENRECHNUNG.
409
A.2.1 BEGRIFFE UND EINFACHE
RECHENREGELN.
409
A.2.2 EIGENWERTE,
EIGENVEKTOREN.
410
A.2.3 AEHNLICHKEITSTRANSFORMATION (HAUPTACHSENTRANSFORMATION)
.
411
A.2.4 N ORM
EN.
412
A.2.5 LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME UND SINGULAERWERTZERLEGUNG
.
414
A.3 LINEARE, ZEITINVARIANTE DYNAMISCHE SYSTEME
.
416
FORMELZEICHEN UND
ABKUERZUNGEN.419
LITERATUR.
427
INDEX
.437 |
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| author | Heimann, Bodo 1942- Albert, Amos Ortmaier, Tobias Rissing, Lutz 1966- |
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Das Ziel der Mechatronik ist die vorgegebene Funktionalität eines Systems synergetisch unter Berücksichtigung von einschränkenden Randbedingungen möglichst optimal zu erreichen. Die Beispiele mechatronischer Systeme sind zahlreich: Fahrerassistenzsysteme im Kraftfahrzeug, Einrichtungen des aktiven Schwingungsschutzes, sensorgeführte Roboter, moderne Werkzeugmaschinen, mikromechanische Geräte der Medizintechnik und viele mehr. Dieses Lehrbuch und Nachschlagewerk beschreibt die Methoden zur Analyse mechatronischer Systeme und der verschiedenen Komponenten zu ihrer Synthese. Die Darstellung enthält Beiträge zur Sensorik und Aktorik, zur Signal- und Prozessdatenverarbeitung sowie zur Modellierung und Regelung mechatronischer Systeme. Das Buch richtet sich an Studierende des Maschinenbaus, der Elektrotechnik bzw. Elektronik, der Informatik und der Mechatronik an Technischen Universitäten und Hochschulen. Darüber hinaus dient es als Nachschlagewerk für den Ingenieur in der Praxis. Die 4. Auflage wurde weitreichend überarbeitet und um Beiträge zur Robotik, zu Automotive-Anwendungen, zur Mikrosensorik, zur videobasierten Regelung sowie zur Analyse und Synthese mechatronischer Systeme einschließlich der Behandlung von Implementierungsaspekten erweitert.</subfield></datafield><datafield tag="650" ind1="0" ind2="7"><subfield code="a">Mechatronik</subfield><subfield code="0">(DE-588)4238812-0</subfield><subfield code="2">gnd</subfield><subfield code="9">rswk-swf</subfield></datafield><datafield tag="655" ind1=" " ind2="7"><subfield code="0">(DE-588)4123623-3</subfield><subfield code="a">Lehrbuch</subfield><subfield code="2">gnd-content</subfield></datafield><datafield tag="689" ind1="0" ind2="0"><subfield code="a">Mechatronik</subfield><subfield code="0">(DE-588)4238812-0</subfield><subfield code="D">s</subfield></datafield><datafield tag="689" ind1="0" ind2=" "><subfield code="5">DE-604</subfield></datafield><datafield tag="700" ind1="1" ind2=" "><subfield code="a">Albert, 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