Modellierung und Simulation mechatronischer Systeme

Grundlagen der Physik, Mathematik (Differentialgleichungen), Elektrotechnik und Mechanik.

Die Vorlesung offeriert eine Systematik der Erstellung von mathematischen Modellen physikalischer Systeme. Zunächst wird die Modellierung elektrischer Schaltkreise, mechanischer eindimensionaler, hydraulischer und einfacher thermodynamischer Systeme erörtert. Die Gemeinsamkeiten solcher Modellierungsaufgaben werden aufgezeigt. Anschließend werden Bondgraphen als Werkzeuge zur systematischen Modellierung physikalischer Systeme durch Leistungsflüsse eingeführt. Die Modellierung mechatronischer Systeme wird unter Anwendung der neuen Werkzeuge wiederholt. Sodann wird die Modellierung thermodynamischer Systeme behandelt. Weiters behandelt die Vorlesung die Modellierung von zweidimensionalen mechanischen Systemen sowie die Linearisierung von nichtlinearen Systemen. Anschließend werden Algorithmen zur numerischen Integration (Simulation) der modellierten Systeme besprochen.

Abschließend wird das theoretische Wissen in Form mehrerer Seminare in die Praxis umgesetzt. Es wird ein Modell eines DC-Motors erstellt und dann mit dem realen System verglichen, um dann via Model-Based Controller Design einen Regler auszulegen. Der am Modell verifizierte Regler-Code wird dann auf eine Zielhardware gespielt, um damit das reale System zu regeln. Alternativ zur Reglerauslegung kann auch ein thermisches Modell des Motors erstellt und anhand von Temperaturmessungen am realen System verifiziert werden. 

Die Studierenden verstehen die Funktion von Systemen und können dieses Verständnis in eine mathematische Form kleiden - sie können das System modellieren. Die Studierenden bekommen einen Überblick über verschiedene Modellierungstechniken (Differential-Algebraische Gleichungen und Bondgraphen) und wenden vor allem Bondgraphen an mechatronischen Aufgabenstellungen an. So eignen sie sich nicht nur theoretisches Wissen an, sondern setzen dieses auch unter Verwendung aktueller Simulationsumgebungen um. Zusätzlich haben sie ein besseres Verständnis erlangt, da sie die Einflüsse der numerischen Integration (Simulation) diskutiert haben.

Vorlesung und praktische Beispiele in Seminaren.

Prüfung und Projektergebnis

Nicht zutreffend

• Skriptum zur Vorlesung (von den Vortragenden)

• Rosenberg, Ronald C.; Karnopp Dean C.; Margolis Donald L. (2006): System Dynamics. System Dynamics: Modeling and Simulation of Mechatronic Systems. 4 edition edition. Hoboken, NJ: Wiley. 

• Cellier, François E. (1991): Continuous system modeling. New York, NY (u.a.): Springer. 

• Cellier, François E.; Kofman, Ernesto (2006): Continuous system simulation. New York, NY: Springer.

Präsenzveranstaltung