Simulation mechatronischer Systeme: Grundlagen und Beispiele für MATLAB und Simulink
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Springer Vieweg
2018
|
| Ausgabe: | 2., überarb. Auflage |
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| Online-Zugang: | Inhaltstext http://www.springer.com/ Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XII, 296 Seiten Illustrationen, Diagramme |
| ISBN: | 9783658207021 3658207027 |
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1
EINLEITUNG........................................................................................................
1
1.1
SIMULATIONSVARIANTEN...............................................................................
3
2 DER
SIMULATIONSPROZESS.................................................................................
9
2.1 MODELLKONZEPT UND M
ODELLSTRUKTUR.........................................................
10
2.2 ENTWICKLUNG DES SIMULATIONSMODELLS
.....................................................
11
2.3 SIMULATION DURCHFUEHREN
..........................................................................
13
2.4 UEBERPRUEFEN DES
SIMULATIONSMODELLS........................................................
14
2.5
DOKUMENTATION.........................................................................................
16
2.6
KONTROLLFRAGEN.........................................................................................
17
2.7 ANTWORTEN DER KONTROLLFRAGEN VON KAP. 2
.............................................. 17
LITERATUR
...........................................................................................................
18
3
SIMULATIONSMODELLE.........................................................................................
19
3.1 ALLGEMEINER AUFBAU VON SIMULATIONSMODELLEN
......................................
21
3.2 GRAFISCHE DARSTELLUNG ALS WIRKUNGSGRAPH
................................................
23
3.3 VERHALTENSBESCHREIBENDE M O D ELLE
..........................................................
25
3.4 GLEICHUNGSBASIERTE MODELLE UND DEREN M ERKM ALE
.................................
27
3.4.1 GEWOEHNLICHE
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN......................................... 28
3.4.2 PARTIELLE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
................................................
31
3.4.3 ALGEBRAISCH-DIFFERENZIELLE GLEICHUNGEN
......................................
32
3.5 LINEARE MODELLE MIT EINER EINGANGS- UND EINER AUSGANGSGROESSE
.............
33
3.5.1 UEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN
...............................................................
34
3.6 GRAFISCHE DARSTELLUNG ALS
BLOCKSCHALTBILD.............................................. 47
3.7 STANDARDVERFAHREN ZUR GRAFISCHEN MODELLIERUNG FUER SYSTEME
GEWOEHNLICHER
DIFFERENZIALGLEICHUNGEN..........................................................................
55
3.8
ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG..........................................................................
60
3.8.1
REGELUNGSNORMALFORM..................................................................
62
3.8.2 ANFANGSWERTE DER ZUSTANDSGROESSEN
.............................................. 72
3.8.3 ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG FUER SYSTEME MIT MEHREREN EIN- UND
AUSGAENGEN....................................................................................
75
3.9
KONTROLLFRAGEN.........................................................................................
76
3.10 ANTWORTEN DER KONTROLLFRAGEN
..................................................................
79
LITERATUR
...........................................................................................................
83
4 NUMERISCHE
INTEGRATIONSVERFAHREN................................................................
85
4.1 INTEGRATIONSVERFAHREN FUER GEWOEHNLICHE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
.............
85
4.1.1 DAS
EULER-VERFAHREN.....................................................................
85
4.1.2 DAS
RUNGE-KUTTA-VERFAHREN........................................................
93
4.1.3 PROGRAMMABLAUF EINER NUMERISCHEN SIM ULATION
..........................
93
4.1.4 WEITERE INTEGRATIONSVERFAHREN
.....................................................
96
4.1.5 STEIFE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
.....................................................
96
4.2 INTEGRATIONSVERFAHREN FUER PARTIELLE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN
....................
97
4.2.1 DAS FINITE-DIFFERENZEN-VERFAHREN
................................................
97
4.2.2 DAS FINITE-ELEMENTE- UND DAS FINITE-VOLUMEN-VERFAHREN
..........
101
4.2.3 PROGRAMMABLAUF EINER FEM-BERECHNUNG
......................................
102
4.3 WICHTIGE ANFORDERUNGEN AN INTEGRATIONSVERFAHREN
....................................
104
4.3.1 S
TABILITAET.........................................................................................
104
4.3.2 G
ENAUIGKEIT....................................................................................
106
4.3.3
RECHENZEIT.......................................................................................107
4.4
KONTROLLFRAGEN............................................................................................108
4.5 ANTWORTEN DER
KONTROLLFRAGEN.....................................................................108
LITERATUR
..............................................................................................................108
5 ZEITDISKRETE
SYSTEMBESCHREIBUNG.....................................................................109
5.1 DAS ABTASTTHEOREM
....................................................................................
114
5.2
KONTROLLFRAGEN............................................................................................115
5.3 ANTWORTEN DER
KONTROLLFRAGEN.....................................................................115
LITERATUR
..............................................................................................................115
6 M
ODELLBILDUNG...................................................................................................
117
6.1 ANALYTISCHE M ODELLBILDUNG
.......................................................................
118
6.2 EXPERIMENTELLE M ODELLBILDUNG
..................................................................
119
6.2.1 DIE FOURIER-ANALYSE
.......................................................................
121
6.2.2 SPRUNG-UND IMPULSANTWORTANALYSE
........................................
124
6.2.3
FREQUENZGANGMESSUNG.....................................................................126
6.2.4
PARAMETERSCHAETZVERFAHREN................................................................128
6.3 ANFANGSWERTE
FESTLEGEN...............................................................................
133
6.4 EINHEITEN UND WERTEBEREICHE VON VARIABLEN
..............................................
135
6.4.1
SI-EINHEITEN....................................................................................
135
6.4.2 WERTEBEREICH VON VARIABLEN
.............................................................
136
6.5 PHYSIKALISCHE MODELLIERUNG
.......................................................................
138
6.6 MODELLE
VEREINFACHEN..................................................................................141
6.6.1 LINEARISIERUNG VON
MODELLEN...........................................................142
6.6.2
ORDNUNGSREDUKTION..........................................................................144
6.6.3
DISKRETISIERUNG...............................................................................
151
6.7
KONTROLLFRAGEN............................................................................................154
6.8 ANTWORTEN DER
KONTROLLFRAGEN.....................................................................155
LITERATUR
.............................................................................................................
155
7 EINFUEHRENDE BEISPIELE ZUR MODELLBILDUNG
......................................................157
7.1 EXPONENTIELLER WACHSTUMS- ODER ZERFALLSPROZESS
......................................
158
7.1.1 MODELLKONZEPT UND
MODELLSTRUKTUR.................................................159
7.1.2 ENTWICKLUNG DES
SIMULATIONSMODELLS.............................................. 159
7.1.3 SIMULATION DURCHFUEHREN
...............................................................
160
7.1.4 UEBERPRUEFEN DES SIMULATIONSMODELLS
..............................................
160
7.2 DAS PUNKTPENDEL, EIN EINFACHES NICHTLINEARES MODELL
................................
161
7.2.1 MODELLKONZEPT UND
MODELLSTRUKTUR.................................................162
7.2.2 ENTWICKLUNG DES
SIMULATIONSMODELLS.............................................. 162
7.2.3 SIMULATION DURCHFUEHREN
..................................................................
163
7.2.4 UEBERPRUEFEN DES SIMULATIONSMODELLS
.............................................. 164
7.3 HYDRAULISCHES VENTIL ALS BEISPIEL EINES VERHALTENSBESCHREIBENDEN
MODELLS 166
7.3.1 MODELLKONZEPT UND
MODELLSTRUKTUR.................................................167
7.3.2 ENTWICKLUNG DES
SIMULATIONSMODELLS.............................................. 168
7.3.3 SIMULATION DURCHFUEHREN
..................................................................
170
7.3.4 UEBERPRUEFEN DES SIMULATIONSMODELLS
..............................................
170
7.4 FLUGBAHN EINES BALLS BEIM SCHIEFEN WURF
...................................................
172
7.4.1 MODELLKONZEPT UND
MODELLSTRUKTUR.................................................174
7.4.2 ENTWICKLUNG DES SIMULATIONSMODELLS
..............................................
174
7.4.3 SIMULATION DURCHFUEHREN
..................................................................
177
7.4.4 UEBERPRUEFEN DES SIMULATIONSMODELLS
..............................................
178
8 WEITERFUEHRENDE BEISPIELE AUS DEM BEREICH DER M ECHATRONIK
.......................
181
8.1 M
ECHANIK...................................................................................................
181
8.1.1
MEHRMASSENSCHWINGER.....................................................................182
8.1.2 REIBUNG UND
DAEMPFUNG..................................................................
184
8.1.3 KONTAKTPROBLEME UND
KONTAKTSTEIFIGKEIT.........................................188
8.1.4 MECHANISCHER
FESTANSCHLAG.............................................................
194
8.2
HYDRAULIK...................................................................................................
196
8.2.1 HYDRAULIKZYLINDER
..........................................................................198
8.2.2
PROPORTIONALVENTIL............................................................................207
8.2.3 HYDRAULISCHER A
NTRIEB....................................................................
213
8.2.4 HYDRAULISCHER ANTRIEB MIT PHYSIKALISCHER MODELLIERUNG
...............
214
8.3 DIGITALE UND ZEITDISKRETE S Y STEM
E.............................................................217
8.3.1 ZEITQUANTISIERUNG UND TOTZEITEN
....................................................
217
8.3.2
AMPLITUDENQUANTISIERUNG...............................................................
222
8.4 ELEKTRISCHE ANTRIEBE
..................................................................................223
8.4.1 UNGEREGELTER
GLEICHSTROMANTRIEB...................................................223
8.4.2 STROM- UND DREHZAHLGEREGELTER
SERVOANTRIEB....................................226
8.4.3 UNGEREGELTER GLEICHSTROMANTRIEB MIT PHYSIKALISCHER MODELLIERUNG
230
8.4.4 STROM- UND DREHZAHLGEREGELTER SERVOANTRIEB MIT PHYSIKALISCHER
MODELLIERUNG
.................................................................................
232
8.5 E LE K TRIK
......................................................................................................236
8.5.1 DEHNUNGSMESSUNG MIT DMS MIT PHYSIKALISCHER MODELLIERUNG . . 236
8.6 TIPPS UND
TRICKS.........................................................................................
238
8.6.1 VERWENDUNG DIFFERENZIERENDER BAUSTEINE
......................................
238
8.6.2 ALGEBRAISCHE SCHLEIFEN
.................................................................. 242
8.6.3 UMGANG MIT
EINHEITEN.....................................................................244
8.6.4 STOERGROESSEN
......................................................................................
246
8.6.5 SONDERFUNKTIONEN IN SIMULINK-MODELLEN
......................................
246
LITERATUR
.............................................................................................................
249
9 SIMULATION ALS TEIL MODERNER ENTWICKLUNGSPROZESSE
....................................251
9.1 MODELLGESTUETZTE
SOFTWAREENTWICKLUNG........................................................251
9.1.1 RAPID CONTROLLER
PROTOTYPING...........................................................255
9.1.2
HARDWARE-IN-THE-LOOP.....................................................................256
9.2 GEKOPPELTE SIMULATIONEN
..........................................................................258
LITERATUR
..............................................................................................................261
10
ANHANG................................................................................................................
263
10.1 EINFUEHRUNG IN MATLAB UND SIM ULINK
.....................................................
263
10.1.1 NUMERISCHE BERECHNUNGEN MIT MATLAB
......................................
264
10.1.2 SIMULINK, EIN GRAPHISCHER EDITOR ZUR AUFSTELLUNG DER
SYSTEMGLEICHUNGEN..........................................................................280
10.2 UEBERTRAGUNGSFUNKTIONEN IM ZEIT- UND LAPLACE-BEREICH
............................
285
10.3 ELEMENTARE
UEBERTRAGUNGSGLIEDER................................................................285
10.3.1
PT!-GLIED.........................................................................................
285
10.3.2
PT2-GLIED.........................................................................................
286
10.4 KORRESPONDENZEN DER LAPLACE-TRANSFORMATION
.........................................286
10.5 SPRUNGANTWORT EINES PTI-GLIEDES
............................................................. 287
10.6 BODE-DIAGRAMM FUER PT
2
-GLIEDER................................................................288
10.7 WICHTIGE REGELKREISGLIEDER UND DEREN EIGENSCHAFTEN
...............................289
10.8 DISKRETE
ZUSTANDSRAUMDARSTELLUNG.............................................................
290
LITERATUR
.............................................................................................................
292
SACHVERZEICHNIS
293
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