Verfügbarkeit: MATLAB und Simulink in der Ingenieurpraxis

MATLAB und Simulink in der Ingenieurpraxis: Modellbildung, Berechnung und Simulation

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Pietruszka, Wolf Dieter 1938- (VerfasserIn), Glöckler, Michael 1962- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Wiesbaden Springer Vieweg 2021
Ausgabe:	5., neu bearbeitete und erweiterte Auflage
Schriftenreihe:	Lehrbuch
Schlagworte:	Simulation Ingenieur SIMULINK Modellierung MATLAB Dynamisches System Maschinenbau Vektorisierter Code Stateflow Tool Computeralgebra Baustein Blockstruktur Netzwerkorientiertes Tool Skriptorientierte Modellierung Foundation Library Blockorientierte Simualtiom
Online-Zugang:	Inhaltstext Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	XII, 507 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.8 cm
ISBN:	9783658297398 3658297395

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Datensatz im Suchindex

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFUEHRUNG IN MATLAB ............................................................................ 1 1.1 DER DESKTOP, EIN UEBERBLICK ......................................................................... 3 1.2 ONLINE-HILFE ................................................................................................. 5 1.3 EINIGE BEMERKUNGEN ZUR ARBEITSWEISE VON MATLAB .............................. 7 1.4 MATLAB-GRUNDLAGEN ................................................................................. 8 1.4.1 SKALARE OPERATIONEN UND VARIABLENVERWALTUNG .............................. 8 1.4.2 MATHEMATISCHE FUNKTIONEN .............................................................. 12 1.4.3 VEKTOREN UND MATRIZEN ...................................................................... 14 1.4.4 LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME .............................................................. 25 1.4.5 DATENSTRUKTUREN, MEHRDIMENSIONALE MATRIZEN, STRUCTURE UND CELL ARRAYS ................................................................................. 28 1.4.6 VERGLEICHSOPERATOREN UND LOGISCHE OPERATOREN .............................. 31 1.4.7 SCHLEIFEN UND VERZWEIGUNGEN ......................................................... 33 1.4.8 DATEN-EIN-UND-AUSGABE ................................................................. 37 1.4.9 VERZEICHNISPRIORITAET ............................................................................ 38 1.5 PROGRAMMERSTELLUNG, MATLAB SCRIPT UND FUNCTION ................................. 40 1.5.1 MATLAB EDITOR .............................................................................. 40 1.5.2 MATLAB SCRIPT .............................................................................. 42 1.5.3 MATLAB LIVE SCRIPT ...................................................................... 45 1.5.4 MATLAB FUNCTION ............................................................................ 45 1.5.5 CODE-BESCHLEUNIGUNG, DER PROFILER ................................................. 53 1.6 GRAFIK ............................................................................................................ 56 1.6.1 GRAFIKFENSTER (FIGURE), ERSTELLUNG UND VERWALTUNG ........................ 58 1.6.2 2D-GRAFIK ............................................................................................ 60 1.6.3 3D-GRAFIK ............................................................................................ 75 1.7 ANIMATION VON 2D- UND 3D-MODELLEN ......................................................... 82 1.7.1 MODELLERSTELLUNG .............................................................................. 82 1.7.2 ANIMATIONS-GRAFIK ............................................................................ 83 1.7.3 2D- ANIMATION EINFACHER LINIEN-MODELLE ...................................... 85 1.7.4 ANIMATION MIT GEOMETRISCHEN 3D-MODELLEN ................................ 89 VIII INHALTSVERZEICHNIS 1.8 COMPUTERALGEBRA UNTER MATLAB, DIE SYMBOLIC MATH TOOLBOX ............. 98 1.8.1 ONLINE-HILFE .......................................................................................... 100 1.8.2 SYMBOLISCHE OBJEKTE ............................................................................. 100 1.8.3 VEREINBARUNG SYMBOLISCHER VARIABLEN UND AUSDRUECKE (OBJEKTE) . 101 1.8.4 SUBSTITUTION SYMBOLISCHER GROESSEN, DER SUBS BEFEHL ......................... 103 1.8.5 BEISPIELE AUS DER ANALYSIS ............................................... 104 1.8.6 ALGEBRAISCHE GLEICHUNGSSYSTEME, DER SOLVE BEFEHL .......................... 105 1.8.7 GEWOEHNLICHE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN, DER DSOLVE BEFEHL ........... 107 1.8.8 BEISPIEL AUS DER LINEAREN ALGEBRA ....................................................... HO 1.8.9 UEBERGANG ZUR NUMERIK ....................................................................... 113 2 MODELLBILDUNG .................................................................................................... 115 2.1 BEMERKUNGEN ZUR SCHREIBWEISE ..................................................................... 117 2.2 STRUKTUREN DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN ......................................................... 117 2.3 GRUNDLAGEN ........................................................................................................ 118 2.3.1 KINEMATIK STARRER KOERPER .................................................................... 118 2.3.2 KINEMATIK VON MEHRKOERPERSYSTEMEN ................................................. 125 2.3.3 KINETIK, IMPULS-UND DRALLSATZ ............................................................ 131 2.4 NEWTON-EULER-METHODE ..................................................................................... 134 2.4.1 RECHNERORIENTIERTE VORGEHENS WEISE .................................................... 138 2.5 LAGRANGE * SCHE GLEICHUNG 2. ART .................................................................... 141 2.6 LINEARISIERUNG NICHTLINEARER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN .................................... 145 2.7 ANWENDUNG DER MODELLERSTELLUNG .................................................................. 148 3 LINEARE SCHWINGUNGSMODELLE .......................................................................... 155 3.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN ..................................................................................... 157 3.2 EIGENSCHWINGUNGEN UND FREIE SCHWINGUNGEN ............................................... 158 3.2.1 DAS EIGENWERTPROBLEM IN MATLAB, ALLGEMEINE BETRACHTUNG . . 159 3.2.2 NUMERISCHE BEHANDLUNG DER EIGENWERTPROBLEME ............................ 160 3.3 ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN ............................................................................. 174 3.3.1 KONSTANTE ERREGUNG ............................................................................ 176 3.3.2 HARMONISCH ANGEREGTE MECHANISCHE SYSTEME .................................... 176 4 SIMULATION UNTER SIMULINK ............................................................................. 189 4.1 ZUR FUNKTIONSWEISE .......................................................................................... 190 4.1.1 BLOCK-STRUKTUR ....................................................................................... 190 4.1.2 SIMULATIONSABLAUF .................................................................................. 190 4.2 DIE INTEGRATIONSVERFAHREN ............................................................................... 192 4.2.1 METHODEN UND BEZEICHNUNGEN ............................................................ 194 4.2.2 STEIFIGKEIT DER DIFFERENZIALGLEICHUNG ................................................. 198 4.2.3 BEMERKUNGEN ZUR WAHL DER VERFAHREN ............................................... 199 INHALTSVERZEICHNIS IX 4.3 SIMULINK-GRUNDLAGEN ...................................................................................... 200 4.3.1 DIE MODELL-LIBRARY .............................................................................. 200 4.3.2 DER SIMULINK-EDITOR, EIN ERSTES MODELL .............................................. 201 4.3.3 EINSTELLUNG DES INTEGRATORS UND DES DATENTRANSFERS ........................ 203 4.3.4 DATENTRANSFER UEBER DEN WORKSPACE ................................................... 204 4.3.5 SIMULATIONSAUFRUF AUS DER MATLAB UMGEBUNG .............................. 205 4.3.6 HILFSMITTEL ZUR MODELLERSTELLUNG UND DATENAUSWERTUNG ................ 207 4.4 SIMULINK-MODELLIERUNG EINES EINFACHEN PROJEKTS ........................................ 222 4.4.1 1/4-FAHRZEUGMODELL MIT REIBUNGSDAEMPFER UND DIE BEWEGUNGSGLEICHUNGEN ........................................................222 4.4.2 AUFBEREITUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN ........................................224 4.4.3 DAS FAHRBAHNPROFIL ..............................................................................226 4.4.4 PARAMETRISIERUNG DES ZUSTANDSMODELLS IM STATE SPACE BLOCK ... 231 4.4.5 MODELLIERUNG DER REIBELEMENTE ......................................................... 232 4.4.6 DIE STARTROUTINE FUER DIE MATLAB-UMGEBUNG ................................ 234 4.4.7 SIMULINK-MODELLE UND SIMULATIONSERGEBNISSE ................................237 4.5 ALGEBRAISCHE SCHLEIFEN IN DYNAMISCHEN MODELLEN ...................................... 243 4.5.1 ALGEBRAISCHE SCHLEIFEN ...................................................................... 243 4.5.2 SYSTEM MIT ALGEBRAISCHER SCHLEIFE ...................................................... 243 4.6 VEKTORIELLE BETRACHTUNGSWEISE UND MODELLIERUNG ........................................247 4.6.1 SIMULATIONSERGEBNISSE, SELBSTERREGTE SCHWINGUNGEN UND MITNAHME-EFFEKTE .........................................................................248 4.6.2 NICHTLINEARE GLEICHUNGEN HOEHERER ORDNUNG ...................................... 250 4.7 MODELLIERUNG MIT HILFE EINER S-FUNCTION ...................................................... 252 4.7.1 M-FILE S-FUNCTION ..............................................................................253 4.7.2 C MEX-FILE S-FUNCTION ...................................................................... 261 5 SIMULATION UNTER MATLAB ......................................................................... 265 5.1 STRUKTUR DER DIFFERENZIALGLEICHUNGEN ........................................................... 265 5.1.1 BEISPIELE FUER EXPLIZITE FORMULIERUNGEN .............................................. 268 5.2 DER GRUNDSAETZLICHE AUFBAU EINES SIMULATIONSPROGRAMMS ...........................278 5.2.1 MOEGLICHKEITEN ZUM INTEGRATORAUFRUF UNTER MATLAB ......................279 5.3 INTEGRATION VON SYSTEMEN IN STANDARDFORM ................................................... 282 5.3.1 UNWUCHTIGER MOTOR AUF ELASTISCHEM FUNDAMENTBLOCK ................... 283 5.4 DIFFERENZIAL-ALGEBRAISCHE GLEICHUNGEN ......................................................... 291 5.4.1 MATHEMATISCHE HINTERGRUENDE .............................................................. 291 5.4.2 MOEGLICHKEITEN UNTER MATLAB UND SIMULINK ................................... 293 5.4.3 MECHANISCHE BEWEGUNGSGLEICHUNGEN MIT ALGEBRAISCHEN BINDUNGSGLEICHUNGEN .........................................................................294 5.4.4 UEBERFUEHRUNG IN GEWOEHNLICHE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN ................... 303 5.4.5 UEBERGANG AUF MINIMALKOORDINATEN ................................................... 310 5.5 IMPLIZITE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN ................................................................. 316 X INHALTSVERZEICHNIS 5.6 INTEGRATION GEWOEHNLICHER DIFFERENZIALGLEICHUNGEN MIT UNSTETIGKEITEN .. 318 5.6.1 BEISPIELE FUER UNSTETIGKEITEN IN DEN BEWEGUNGSGLEICHUNGEN .... 319 5.6.2 FORMULIERUNG VON SCHALTFUNKTIONEN .................................................... 321 5.6.3 LOKALISIERUNG DER SCHALTPUNKTE ......................................................... 322 5.6.4 BEISPIELE ZUR ZWEI-PUNKT-SCHALTLOGIK .............................................. 323 5.6.5 DREIPUNKT-SCHALTLOGIK AM BEISPIEL EINES ZWEI-MASSEN-SCHWINGERS MIT REIBUNG ........................................... 334 5.7 RANDWERTPROBLEME GEWOEHNLICHER DIFFERENZIALGLEICHUNGEN ......................... 348 5.7.1 GRUNDLAGEN ............................................................................................ 349 5.7.2 STANDARDPROBLEME AM BEISPIEL DER KETTENLINIE UND DES BASKETBALLWURFS ....................................................................... 351 5.7.3 MEHRPUNKT-RANDWERTPROBLEME ......................................................... 360 5.7.4 PERIODISCHE SCHWINGUNGEN NICHTLINEARER SYSTEME ...........................365 6 MODELLIERUNG UND SIMULATION MIT DEM STATEFLOW TOOL ............................... 375 6.1 STATEFLOW-OBJEKTE ............................................................................................ 375 6.1.1 DASCHART ............................................................................................... 376 6.1.2 ZUSTAND UND ZUSTAND-LABEL .................................................................378 6.1.3 TRANSITIONEN .......................................................................................... 379 6.1.4 DEFAULT TRANSITION ................................................................................. 381 6.1.5 VERBINDUNGSPUNKTE ............................................................................... 381 6.1.6 DER MODEL EXPLORER ............................................................................ 382 6.1.7 ERWEITERTE STRUKTUREN ......................................................................... 383 6.2 FAHRZEUGMODELL MIT REIBUNGSDAEMPFER ......................................................... 383 6.2.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN UND SCHALTBEDINGUNGEN ..............................383 6.2.2 SIMULINK-MODELL MIT CHART ................................................................. 384 6.3 SPRINGENDER BALL, EIN STRUKTURVARIABLES MODELL ........................................... 391 7 PHYSIKALISCHE MODELLE UNTER SIMULINK ........................................................ 397 7.1 MODELLIEREN MIT SIMSCAPE ...............................................................................398 7.1.1 NETZWERKERSTELLUNG MIT DER FOUNDATION LIBRARY, EIN BEISPIEL . . . 400 7.1.2 SIMSCAPE SPRACHE, GRUNDLAGEN ......................................................... 402 7.1.3 VERAENDERN VON BAUSTEINEN AM BEISPIEL EINES FREMDERREGTEN GLEICHSTROMMOTORS ........................................... 407 7.1.4 ELEKTROMECHANISCHER ANTRIEB MIT DIGITALER STROM- UND DREHZAHLREGELUNG ......................................................................... 410 7.1.5 HYDRAULISCHER LINEARANTRIEB MIT DIGITALER DRUCKEGELUNG .............. 412 7.2 SIMSCAPE MULTIBODY ....................................................................................... 416 7.2.1 EINIGE KOMPONENTEN AUS DER BLOCK-LIBRARY ................................... 416 7.2.2 MODELLIERUNG DES ROBOTERS MIT HYDRAULISCHEM STELLZYLINDER . . . 423 7.2.3 REIBMODELL AUS SIMSCAPE .................................................................... 426 INHALTSVERZEICHNIS XI 8 PROJEKTE ............................................................................................................. 427 8.1 PERMANENTMAGNET GELAGERTER ROTOR .............................................................. 427 8.1.1 SYSTEMBESCHREIBUNG ........................................................................... 429 8.1.2 ROTOR- UND MAGNETMODELLIERUNG ........................................................ 429 8.1.3 DIE AKTIVE STABILISIERUNG, REGLERSTRUKTUREN ..................................... 431 8.1.4 DAS KONTINUIERLICHE MODELL ................................................................ 432 8.1.5 REGLERENTWUERFE ................................................................................... 432 8.1.6 PARAMETRIERUNG UND REGLERKOEFFIZIENTEN ........................................... 436 8.1.7 SIMULINK-MODELLE .............................................................................. 436 8.1.8 SIMULATIONSERGEBNISSE ........................................................................ 438 8.2 STOERGROESSENKOMPENSATION HARMONISCHER UND KONSTANTER STOERUNGEN .... 440 8.2.1 GRUNDLAGEN ZUR STRECKE UND ZUM BEOBACHTERENTWURF ..................... 441 8.2.2 PARAMETERFILE UND SIMULINK-MODELL ...................................................443 8.2.3 BEOBACHTER UEBER S-FUNKTION .............................................................. 446 8.2.4 ANALYTISCHE ERMITTLUNG DER LOESUNGEN ............................................. 446 8.2.5 ERGEBNISSE ........................................................................................... 449 8.3 SCHWINGUNGSTILGER MIT VISKOELASTISCHEM ANSCHLAG ........................... 451 8.3.1 DAS STATIONAERE SYSTEM OHNE ANSCHLAG ............................................. 453 8.3.2 ENTWURF DES SIMULINK-MODELLS ........................................................... 454 8.3.3 SCHWINGUNGSANTWORT MIT EINEM SINUS-SWEEP DES SYSTEMS OHNE/MIT ANSCHLAG .............................................................................. 460 8.4 AXIALKOLBENVERDICHTER EINER PKW-KLIMAANLAGE ................................ 462 8.4.1 DASMODELL ........................................................................................... 462 8.4.2 DER HEBELMECHANISMUS ...................................................................... 463 8.4.3 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN NACH LAGRANGE ........................................... 464 8.4.4 DAS M-FILE, ERSTE ERGEBNISSE .............................................................. 468 8.4.5 MODELLBASIERTER ENTWURF MIT SIMSCAPE MULTIBODY ........................... 469 8.4.6 VERGLEICH DER ERGEBNISSE BEZUEGLICH DER GELENKKRAEFTE ..................... 471 8.4.7 STATIONAERE LAGE ................................................................................... 472 8.4.8 DER VERDICHTER ALS SIMSCAPE MULTIBODY-MODELL ............................. 473 8.5 DREIFACHPENDEL ...................................................................................... 474 8.5.1 LAGRANGE * SCHE GLEICHUNG 2. ART ........................................................ 476 8.5.2 NEWTON-EULER-FORMALISMUS .............................................................. 477 8.5.3 UEBERGANG ZUR NUMERIK UND INTEGRATION .............................................. 480 8.5.4 ANIMATIONSMODELL .............................................................................. 481 8.5.5 SCHWINGUNGSVERHALTEN ........................................................................ 483 8.5.6 VORWAERTSDYNAMIK MIT SIMSCAPE MULTIBODY ..................................... 486 8.5.7 INVERSE DYNAMIK ................................................................................ 489 8.6 HUBSCHWINGUNGEN EINES VIERTELFAHRZEUGS MIT NICHTLINEAREM STOSSDAEMPFER 491 8.7 DYNAMIK DES LEVITRON-KREISELS ........................................................... 493 8.8 BALANCIERENDER ROBOTER ................................................................................ 495 8.8.1 MOTIVATION ................................................................................ 495 XII INHALTSVERZEICHNIS 8.8.2 MODELLVORAUSSETZUNGEN UND ANNAHMEN ........................................... 495 8.8.3 HERLEITUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN .............................................. 496 LITERATUR ..................................................................................................................... 499 STICHWORTVERZEICHNIS .................................................................................................... 503
adam_txt	INHALTSVERZEICHNIS 1 EINFUEHRUNG IN MATLAB . 1 1.1 DER DESKTOP, EIN UEBERBLICK . 3 1.2 ONLINE-HILFE . 5 1.3 EINIGE BEMERKUNGEN ZUR ARBEITSWEISE VON MATLAB . 7 1.4 MATLAB-GRUNDLAGEN . 8 1.4.1 SKALARE OPERATIONEN UND VARIABLENVERWALTUNG . 8 1.4.2 MATHEMATISCHE FUNKTIONEN . 12 1.4.3 VEKTOREN UND MATRIZEN . 14 1.4.4 LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME . 25 1.4.5 DATENSTRUKTUREN, MEHRDIMENSIONALE MATRIZEN, STRUCTURE UND CELL ARRAYS . 28 1.4.6 VERGLEICHSOPERATOREN UND LOGISCHE OPERATOREN . 31 1.4.7 SCHLEIFEN UND VERZWEIGUNGEN . 33 1.4.8 DATEN-EIN-UND-AUSGABE . 37 1.4.9 VERZEICHNISPRIORITAET . 38 1.5 PROGRAMMERSTELLUNG, MATLAB SCRIPT UND FUNCTION . 40 1.5.1 MATLAB EDITOR . 40 1.5.2 MATLAB SCRIPT . 42 1.5.3 MATLAB LIVE SCRIPT . 45 1.5.4 MATLAB FUNCTION . 45 1.5.5 CODE-BESCHLEUNIGUNG, DER PROFILER . 53 1.6 GRAFIK . 56 1.6.1 GRAFIKFENSTER (FIGURE), ERSTELLUNG UND VERWALTUNG . 58 1.6.2 2D-GRAFIK . 60 1.6.3 3D-GRAFIK . 75 1.7 ANIMATION VON 2D- UND 3D-MODELLEN . 82 1.7.1 MODELLERSTELLUNG . 82 1.7.2 ANIMATIONS-GRAFIK . 83 1.7.3 2D- ANIMATION EINFACHER LINIEN-MODELLE . 85 1.7.4 ANIMATION MIT GEOMETRISCHEN 3D-MODELLEN . 89 VIII INHALTSVERZEICHNIS 1.8 COMPUTERALGEBRA UNTER MATLAB, DIE SYMBOLIC MATH TOOLBOX . 98 1.8.1 ONLINE-HILFE . 100 1.8.2 SYMBOLISCHE OBJEKTE . 100 1.8.3 VEREINBARUNG SYMBOLISCHER VARIABLEN UND AUSDRUECKE (OBJEKTE) . 101 1.8.4 SUBSTITUTION SYMBOLISCHER GROESSEN, DER SUBS BEFEHL . 103 1.8.5 BEISPIELE AUS DER ANALYSIS . 104 1.8.6 ALGEBRAISCHE GLEICHUNGSSYSTEME, DER SOLVE BEFEHL . 105 1.8.7 GEWOEHNLICHE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN, DER DSOLVE BEFEHL . 107 1.8.8 BEISPIEL AUS DER LINEAREN ALGEBRA . HO 1.8.9 UEBERGANG ZUR NUMERIK . 113 2 MODELLBILDUNG . 115 2.1 BEMERKUNGEN ZUR SCHREIBWEISE . 117 2.2 STRUKTUREN DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN . 117 2.3 GRUNDLAGEN . 118 2.3.1 KINEMATIK STARRER KOERPER . 118 2.3.2 KINEMATIK VON MEHRKOERPERSYSTEMEN . 125 2.3.3 KINETIK, IMPULS-UND DRALLSATZ . 131 2.4 NEWTON-EULER-METHODE . 134 2.4.1 RECHNERORIENTIERTE VORGEHENS WEISE . 138 2.5 LAGRANGE * SCHE GLEICHUNG 2. ART . 141 2.6 LINEARISIERUNG NICHTLINEARER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN . 145 2.7 ANWENDUNG DER MODELLERSTELLUNG . 148 3 LINEARE SCHWINGUNGSMODELLE . 155 3.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN . 157 3.2 EIGENSCHWINGUNGEN UND FREIE SCHWINGUNGEN . 158 3.2.1 DAS EIGENWERTPROBLEM IN MATLAB, ALLGEMEINE BETRACHTUNG . . 159 3.2.2 NUMERISCHE BEHANDLUNG DER EIGENWERTPROBLEME . 160 3.3 ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN . 174 3.3.1 KONSTANTE ERREGUNG . 176 3.3.2 HARMONISCH ANGEREGTE MECHANISCHE SYSTEME . 176 4 SIMULATION UNTER SIMULINK . 189 4.1 ZUR FUNKTIONSWEISE . 190 4.1.1 BLOCK-STRUKTUR . 190 4.1.2 SIMULATIONSABLAUF . 190 4.2 DIE INTEGRATIONSVERFAHREN . 192 4.2.1 METHODEN UND BEZEICHNUNGEN . 194 4.2.2 STEIFIGKEIT DER DIFFERENZIALGLEICHUNG . 198 4.2.3 BEMERKUNGEN ZUR WAHL DER VERFAHREN . 199 INHALTSVERZEICHNIS IX 4.3 SIMULINK-GRUNDLAGEN . 200 4.3.1 DIE MODELL-LIBRARY . 200 4.3.2 DER SIMULINK-EDITOR, EIN ERSTES MODELL . 201 4.3.3 EINSTELLUNG DES INTEGRATORS UND DES DATENTRANSFERS . 203 4.3.4 DATENTRANSFER UEBER DEN WORKSPACE . 204 4.3.5 SIMULATIONSAUFRUF AUS DER MATLAB UMGEBUNG . 205 4.3.6 HILFSMITTEL ZUR MODELLERSTELLUNG UND DATENAUSWERTUNG . 207 4.4 SIMULINK-MODELLIERUNG EINES EINFACHEN PROJEKTS . 222 4.4.1 1/4-FAHRZEUGMODELL MIT REIBUNGSDAEMPFER UND DIE BEWEGUNGSGLEICHUNGEN .222 4.4.2 AUFBEREITUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN .224 4.4.3 DAS FAHRBAHNPROFIL .226 4.4.4 PARAMETRISIERUNG DES ZUSTANDSMODELLS IM STATE SPACE BLOCK . 231 4.4.5 MODELLIERUNG DER REIBELEMENTE . 232 4.4.6 DIE STARTROUTINE FUER DIE MATLAB-UMGEBUNG . 234 4.4.7 SIMULINK-MODELLE UND SIMULATIONSERGEBNISSE .237 4.5 ALGEBRAISCHE SCHLEIFEN IN DYNAMISCHEN MODELLEN . 243 4.5.1 ALGEBRAISCHE SCHLEIFEN . 243 4.5.2 SYSTEM MIT ALGEBRAISCHER SCHLEIFE . 243 4.6 VEKTORIELLE BETRACHTUNGSWEISE UND MODELLIERUNG .247 4.6.1 SIMULATIONSERGEBNISSE, SELBSTERREGTE SCHWINGUNGEN UND MITNAHME-EFFEKTE .248 4.6.2 NICHTLINEARE GLEICHUNGEN HOEHERER ORDNUNG . 250 4.7 MODELLIERUNG MIT HILFE EINER S-FUNCTION . 252 4.7.1 M-FILE S-FUNCTION .253 4.7.2 C MEX-FILE S-FUNCTION . 261 5 SIMULATION UNTER MATLAB . 265 5.1 STRUKTUR DER DIFFERENZIALGLEICHUNGEN . 265 5.1.1 BEISPIELE FUER EXPLIZITE FORMULIERUNGEN . 268 5.2 DER GRUNDSAETZLICHE AUFBAU EINES SIMULATIONSPROGRAMMS .278 5.2.1 MOEGLICHKEITEN ZUM INTEGRATORAUFRUF UNTER MATLAB .279 5.3 INTEGRATION VON SYSTEMEN IN STANDARDFORM . 282 5.3.1 UNWUCHTIGER MOTOR AUF ELASTISCHEM FUNDAMENTBLOCK . 283 5.4 DIFFERENZIAL-ALGEBRAISCHE GLEICHUNGEN . 291 5.4.1 MATHEMATISCHE HINTERGRUENDE . 291 5.4.2 MOEGLICHKEITEN UNTER MATLAB UND SIMULINK . 293 5.4.3 MECHANISCHE BEWEGUNGSGLEICHUNGEN MIT ALGEBRAISCHEN BINDUNGSGLEICHUNGEN .294 5.4.4 UEBERFUEHRUNG IN GEWOEHNLICHE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN . 303 5.4.5 UEBERGANG AUF MINIMALKOORDINATEN . 310 5.5 IMPLIZITE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN . 316 X INHALTSVERZEICHNIS 5.6 INTEGRATION GEWOEHNLICHER DIFFERENZIALGLEICHUNGEN MIT UNSTETIGKEITEN . 318 5.6.1 BEISPIELE FUER UNSTETIGKEITEN IN DEN BEWEGUNGSGLEICHUNGEN . 319 5.6.2 FORMULIERUNG VON SCHALTFUNKTIONEN . 321 5.6.3 LOKALISIERUNG DER SCHALTPUNKTE . 322 5.6.4 BEISPIELE ZUR ZWEI-PUNKT-SCHALTLOGIK . 323 5.6.5 DREIPUNKT-SCHALTLOGIK AM BEISPIEL EINES ZWEI-MASSEN-SCHWINGERS MIT REIBUNG . 334 5.7 RANDWERTPROBLEME GEWOEHNLICHER DIFFERENZIALGLEICHUNGEN . 348 5.7.1 GRUNDLAGEN . 349 5.7.2 STANDARDPROBLEME AM BEISPIEL DER KETTENLINIE UND DES BASKETBALLWURFS . 351 5.7.3 MEHRPUNKT-RANDWERTPROBLEME . 360 5.7.4 PERIODISCHE SCHWINGUNGEN NICHTLINEARER SYSTEME .365 6 MODELLIERUNG UND SIMULATION MIT DEM STATEFLOW TOOL . 375 6.1 STATEFLOW-OBJEKTE . 375 6.1.1 DASCHART . 376 6.1.2 ZUSTAND UND ZUSTAND-LABEL .378 6.1.3 TRANSITIONEN . 379 6.1.4 DEFAULT TRANSITION . 381 6.1.5 VERBINDUNGSPUNKTE . 381 6.1.6 DER MODEL EXPLORER . 382 6.1.7 ERWEITERTE STRUKTUREN . 383 6.2 FAHRZEUGMODELL MIT REIBUNGSDAEMPFER . 383 6.2.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN UND SCHALTBEDINGUNGEN .383 6.2.2 SIMULINK-MODELL MIT CHART . 384 6.3 SPRINGENDER BALL, EIN STRUKTURVARIABLES MODELL . 391 7 PHYSIKALISCHE MODELLE UNTER SIMULINK . 397 7.1 MODELLIEREN MIT SIMSCAPE .398 7.1.1 NETZWERKERSTELLUNG MIT DER FOUNDATION LIBRARY, EIN BEISPIEL . . . 400 7.1.2 SIMSCAPE SPRACHE, GRUNDLAGEN . 402 7.1.3 VERAENDERN VON BAUSTEINEN AM BEISPIEL EINES FREMDERREGTEN GLEICHSTROMMOTORS . 407 7.1.4 ELEKTROMECHANISCHER ANTRIEB MIT DIGITALER STROM- UND DREHZAHLREGELUNG . 410 7.1.5 HYDRAULISCHER LINEARANTRIEB MIT DIGITALER DRUCKEGELUNG . 412 7.2 SIMSCAPE MULTIBODY . 416 7.2.1 EINIGE KOMPONENTEN AUS DER BLOCK-LIBRARY . 416 7.2.2 MODELLIERUNG DES ROBOTERS MIT HYDRAULISCHEM STELLZYLINDER . . . 423 7.2.3 REIBMODELL AUS SIMSCAPE . 426 INHALTSVERZEICHNIS XI 8 PROJEKTE . 427 8.1 PERMANENTMAGNET GELAGERTER ROTOR . 427 8.1.1 SYSTEMBESCHREIBUNG . 429 8.1.2 ROTOR- UND MAGNETMODELLIERUNG . 429 8.1.3 DIE AKTIVE STABILISIERUNG, REGLERSTRUKTUREN . 431 8.1.4 DAS KONTINUIERLICHE MODELL . 432 8.1.5 REGLERENTWUERFE . 432 8.1.6 PARAMETRIERUNG UND REGLERKOEFFIZIENTEN . 436 8.1.7 SIMULINK-MODELLE . 436 8.1.8 SIMULATIONSERGEBNISSE . 438 8.2 STOERGROESSENKOMPENSATION HARMONISCHER UND KONSTANTER STOERUNGEN . 440 8.2.1 GRUNDLAGEN ZUR STRECKE UND ZUM BEOBACHTERENTWURF . 441 8.2.2 PARAMETERFILE UND SIMULINK-MODELL .443 8.2.3 BEOBACHTER UEBER S-FUNKTION . 446 8.2.4 ANALYTISCHE ERMITTLUNG DER LOESUNGEN . 446 8.2.5 ERGEBNISSE . 449 8.3 SCHWINGUNGSTILGER MIT VISKOELASTISCHEM ANSCHLAG . 451 8.3.1 DAS STATIONAERE SYSTEM OHNE ANSCHLAG . 453 8.3.2 ENTWURF DES SIMULINK-MODELLS . 454 8.3.3 SCHWINGUNGSANTWORT MIT EINEM SINUS-SWEEP DES SYSTEMS OHNE/MIT ANSCHLAG . 460 8.4 AXIALKOLBENVERDICHTER EINER PKW-KLIMAANLAGE . 462 8.4.1 DASMODELL . 462 8.4.2 DER HEBELMECHANISMUS . 463 8.4.3 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN NACH LAGRANGE . 464 8.4.4 DAS M-FILE, ERSTE ERGEBNISSE . 468 8.4.5 MODELLBASIERTER ENTWURF MIT SIMSCAPE MULTIBODY . 469 8.4.6 VERGLEICH DER ERGEBNISSE BEZUEGLICH DER GELENKKRAEFTE . 471 8.4.7 STATIONAERE LAGE . 472 8.4.8 DER VERDICHTER ALS SIMSCAPE MULTIBODY-MODELL . 473 8.5 DREIFACHPENDEL . 474 8.5.1 LAGRANGE * SCHE GLEICHUNG 2. ART . 476 8.5.2 NEWTON-EULER-FORMALISMUS . 477 8.5.3 UEBERGANG ZUR NUMERIK UND INTEGRATION . 480 8.5.4 ANIMATIONSMODELL . 481 8.5.5 SCHWINGUNGSVERHALTEN . 483 8.5.6 VORWAERTSDYNAMIK MIT SIMSCAPE MULTIBODY . 486 8.5.7 INVERSE DYNAMIK . 489 8.6 HUBSCHWINGUNGEN EINES VIERTELFAHRZEUGS MIT NICHTLINEAREM STOSSDAEMPFER 491 8.7 DYNAMIK DES LEVITRON-KREISELS . 493 8.8 BALANCIERENDER ROBOTER . 495 8.8.1 MOTIVATION . 495 XII INHALTSVERZEICHNIS 8.8.2 MODELLVORAUSSETZUNGEN UND ANNAHMEN . 495 8.8.3 HERLEITUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN . 496 LITERATUR . 499 STICHWORTVERZEICHNIS . 503
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