Studiengang: Mechatronik/Automatisierungssysteme (B.Eng.) Modulbezeichnung: ggf. Kürzel Methoden der Mechatronik (MT4) Methods of Mechatronics MT4 ggf. Untertitel Maschinendynamik und Labor ggf. Lehrveranstaltungen: V/Ü Maschinendynamik (V: 2 SWS, Ü: 2 SWS) L Mechatronik Hauptlabor (2 SWS) Studiensemester: 6. und 7. Semester Angebotsturnus: Jährlich im Sommersemester Modulverantwortliche(r): Prof. Dr.-Ing. Ch. Oertel Dozent(in): Prof. Dr.-Ing. Ch. Oertel Sprache: Deutsch Zuordnung zum Curriculum Mechatronik und Automatisierung (B. Eng.), Studienrichtung Mechatronik, 6/7. Semester, Pflichtmodul Lehrform / SWS: Vorlesung:2 SWS,Gruppengröße: 38 Studierende Übung: 2 SWS,Gruppengröße: 18 Studierende Labor: 2 SWS,Gruppengröße: 18 Studierende Arbeitsaufwand: 240 h, davon 90 h Präsenz- und 150 h Eigenstudium Kreditpunkte: 8 Voraussetzungen nach Prüfungsordnung keine Mathematik: lineare Differentialgleichungen, Analysis Mechanik: Grundlagen des Prinzips der virtuellen Arbeit, Empfohlene Voraussetzungen: Kinematik und Kinetik Mechatronikgrundlabor: LabVIEW Anwendungen Angestrebte Lernergebnisse: Maschinendynamik - Kenntnisse: Bedeutung der Prozessketten im Aufbau von Modellen mechanischer Systeme kennen, Elemente verschiedener Prozessketten auswählen und kombinieren, Grundlagen der Dynamik der Kontinua kennen und im Experiment umsetzen können - Fertigkeiten: Beschreibung nichtlinearer dynamischer Systeme der Mechanik mit wenigen Freiheitsgraden unter Zuhilfenahme der Methoden der Symbolik erzeugen, Lagrange-Gleichungen eines mechanischen Systems bestimmen und die Bewegungsgleichungen des Systems ermitteln, Umsetzung in ein blockorientiertes System durch eine geschlossene Prozesskette darstellen, Ableitung von Echtzeitsystemen aus der symbolischen Behandlung des mechanischen Modells, Eigenschaften kontinuierlicher Systeme im Gegensatz zu diskreten Systemen darstellen können Mechatronik Hauptlabor - Inhalt: Kenntnisse: Sensor- und Aktuatoreigenschaften verschiedener Bauarten kennen, Eigenschaften pneumatischer, elektrischer und hydraulischer Systeme charakterisieren können - Fertigkeiten: Aufbau von erweiterten „virtual instruments“ auf Basis von LabVIEW zur Analyse verschiedener mechanischer Größen, Auswertung und Darstellung von gemessenen Verläufen im Zeit- und Frequenzbereichdurchführen und entsprechende Interpretation der Ergebnisse vornehmen können, experimentelle Systemparametrierung für diskrete und modale Parameter vornehmen, Einstellung von PIDReglern in dynamischen Systemen Maschinendynamik - Einführung: Prinzip der virtuellen Arbeit in der Statik, geometrische Interpretation der virtuellen Verschiebungen, nichtlineare Systeme, Beispiel zweidimensionales allgemeines Stabwerk mit geometrischer Nichtlinearität, Gewicht 10 % - Dynamik diskreter Systeme: Prinzip von d’Alembert und Lagrange-Gleichungen, Systeme mit Zwangsbedingungen, Modellhierarchien am Beispiel der Dynamik eines Getriebes, durchgängige Prozessketten für Systeme mit Zwangsbedingungen ausgehend von der Lagrange-Funktionen und den nichtlinearen algebraischen Zwängen, Gewicht 50 % - Dynamik kontinuierlicher Systeme: Prinzip von Hamilton, Beschreibung der Rand- und Übergangsbedingungen am Beispiel des abgesetzten Stabes und Balkens, Bestimmung der Bewegungsgleichungen, Lösungsweg über den Produktansatz, Eigenfrequenzen und Eigenformen kontinuierlicher Systeme, Übertragungsverhalten, Gewicht 30 % - Rotordynamik: Begriff der Unwucht und der Übermassen, statische Wuchtung in zwei Ebenen, Wuchten elastischer Systeme am Beispiel der LavalWelle, modales Wuchten, Gewicht 10 % Mechatronik Hauptlabor - Versuch 1: Antriebsstrangdynamik, elektrische Aktuatorik (Umrichter), dynamisches Verhalten eines Antriebsstranges, experimentelle Bestimmung der Gesamtträgheit, Steuerung und Messung mit LabVIEW, Gewicht 12,5 % - Versuch 2: Übertragungsverhalten, Messung des Übertragungsverhaltens eines Einmassenschwingers, Vergleich zwischen zeitveränderlicher Frequenz (Sweep) und punktweisem Vorgehen, Bezug zur theoretischen Lösung, Gewicht 12,5 % - Versuch 3: Zweimassenschwinger, theoretische Lösung in Zeit- und Frequenzbereich, Anregungen durch einen Kurbeltrieb, Nichtlinearitäten durch Anschläge und Reibung im Experiment, Vergleich mit theoretischer Lösung, Gewicht 12,5 % - Studien- Prüfungsleistungen: Medienformen: Versuch 4: experimentelle Modalanalyse, analytische Berechnung des Eigensystems, Messung der Beschleunigung mit drei Sensoren, Variation von Mess- und Anregungsort, Variation der Anregung (Anfangsauslenkung, Impulshammer), Gewicht 12,5 % - Versuch 5: pneumatischer Roboter, Steuerungs- und Regelungseigenschaften des Roboters, Programmierung des Systems, Variation der PIDReglereinstellungen und der Auswirkung auf Stabilität und Genauigkeit, Gewicht 12,5 % - Versuch 6: Parameterbestimmung, rechnerische Bestimmung des Massenträgheitsmomentes eines physikalischen Pendels, Ergänzung mit CAD, Versuchsdurchführung mit verschiedenen Anfangsauslenkungen, Aufbau eines Simulationsmodells mit SCICOS, Parameterbestimmung des Massenträgheitsmomentes und des Dämpfungsparameters, Gewicht 12,5 % - Versuch 7: LabVIEW Realtime - FPGA, Zielsetzung und Einsatzgebiete der FPGA-Systeme, Limitationen der zur Verfügung stehenden Arithmetik, Konsequenzen für den Modellaufbau, Anwendungsbeispiel zur Ermittlung der Grenze der Methode, Gewicht 12,5 % - Versuch 8: MATLAB Simulink/XPCTarget, Aufbau eines diskreten Modells eines Dehnstabes mit variable Diskretisierung, Übertragung des Modells auf das Echtzeitsysteme, Steuerung des Echtzeitrechners vom PC, Grenzen der Systemgröße, Einfluss der Schrittweite, Stabilität der numerischen Verfahren, Gewicht 12,5 % Abschlussklausur und Versuchsprotokolle Benotung: Ja. Die Note wird gewichtet aus Klausur und Protokollnoten. Einsatz der Systeme SCILAB und SCICOS sowie MAXIMA/MATHEMATICA in den Vorlesungen und den Übungen, Animationen in den Vorlesungen, Skript und Übungsvorlagen mit Lösungen als pdf-Dokumente, Einsatz der Systeme LabVIEW und MATLAB/Simulink in den Laborübungen W. Georgi und E. Mertin: „Einführung in LabVIEW“. Leipzig: Hanser 2007 B. Heimann, W. Gerth und K. Popp: „Mechatronik“. München; Wien: Hanser 2007 Literatur: F. Holzweißig und H. Dresig: „Maschinendynamik”. Berlin; Heidelberg; New York: Springer 2006 R. Jamal und A. Hagestedt: „LabVIEW für Studenten“. München: Pearson 2007 Ch. Oertel: „Maschinendynamik“. Brandenburg: FHBrandenburg, Vorlesungsskript 2007 W.D. Pietruszka: „MATLAB und Simulink in der Ingenieurpraxis: Modellbildung, Berechnung und Simulation“. Wiesbaden: Teubner 2006 W. Roddeck: „Einführung in die Mechatronik“. Wiesbaden: Teubner 2006
© Copyright 2024 ExpyDoc
