Bausteine mechatronischer Systeme

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1 William Bolton Bausteine mechatronischer Systeme 3. Auflage ein Imprint von Pearson Education München Boston San Francisco Harlow, England Don Mills, Ontario Sydney Mexico City Madrid Amsterdam

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 11 Überblick 11 Leser 11 Ziele 12 Aufbau des Buches 16 Begleitendes Online-Material 17 Danksagungen 18 Kapitel 1 Mechatronik Mechatronik was ist das? Systeme Messsysteme Steuerungs- und Regelungssysteme Mikroprozessorgesteuerte Regler Systemantworten Der mechatronische Ansatz 35 Kapitel 2 Sensoren und Messumformer Sensoren und Messumformer Leistungsterminologie Weg, Lage und Näherung Geschwindigkeit und Bewegung Kraft Flüssigkeitsdruck Flüssigkeitsdurchfluss Flüssigkeitspegel Temperatur Lichtsensoren Auswahl von Sensoren Dateneingabe über Schalter 84 Kapitel 3 Signalaufbereitung Signalaufbereitung Operationsverstärker Schutz Filterung Wheatstonebrücke Digitale Signale 115

3 6 Inhaltsverzeichnis 3.7 Multiplexer Datenerfassung Digitale Signalverarbeitung Impulsmodulation 133 Kapitel 4 Systeme zur Darstellung von Daten Melder und Schreiber Elemente zur Darstellung von Daten Magnetische Aufzeichnung Anzeigen Datenerfassungssysteme Messsysteme Erprobung und Kalibrierung 167 Kapitel 5 Pneumatische und hydraulische Antriebssysteme Antriebssysteme Pneumatische und hydraulische Systeme Wegeventile Druckventile Zylinder Prozessregelventile Betätigungsmotoren 193 Kapitel 6 Mechanische Antriebssysteme Mechanische Systeme Bewegungsarten Kinematische Ketten Nocken Räderwerke Sperrzahnrad mit Sperrklinke Riemen- und Kettenantriebe Lager Mechanische Aspekte bei der Motorenauswahl 218 Kapitel 7 Elektrische Antriebssysteme Elektrische Systeme Mechanische Schalter Halbleiterschalter Magnetantriebe Gleichstrommotoren Wechselstrommotoren Schrittmotor 246

4 Inhaltsverzeichnis 7 Kapitel 8 Grundlegende Systemmodelle Mathematische Modelle Bausteine für mechanische Systeme Bausteine für elektrische Systeme Bausteine für hydrodynamische Systeme Bausteine für thermische Systeme 280 Kapitel 9 Systemmodelle Technische Systeme Dreh-/Parallelsysteme Elektromechanische Systeme Hydraulisch-mechanische Systeme 296 Kapitel 10 Übergangsverhalten von Systemen Modellierung dynamischer Systeme Systeme erster Ordnung Systeme zweiter Ordnung Leistungsmessungen für Systeme zweiter Ordnung Systemidentifikation 322 Kapitel 11 Übertragungsfunktionen von Systemen Die Übertragungsfunktion Systeme erster Ordnung Systeme zweiter Ordnung Systeme in Reihe Systeme mit Rückführschleifen Wirkung der Pole auf das Einschwingverhalten MATLAB und SIMULINK 339 Kapitel 12 Frequenzgang Sinusförmiges Eingangssignal Zeiger Frequenzgang eines Systems erster Ordnung Bodediagramme Leistungskenngrößen Stabilität 367 Kapitel 13 Regler Stetige und unstetige Prozesse Regelungsarten Zweipunktregelung Proportionalregelung 376

5 8 Inhaltsverzeichnis 13.5 Differenzialregelung Integralregelung PID-Regler Digitale Regler Leistung von Regelungssystemen Regleroptimierung Geschwindigkeitsregelung Adaptive Regelung 398 Kapitel 14 Digitallogik Digitallogik Zahlensysteme Logikgatter Boolesche Algebra Karnaugh-Tafeln Anwendungsbeispiele für Logikgatter Sequenzielle Logik 438 Kapitel 15 Mikroprozessoren Steuerung Mikroprozessorsysteme Mikrocontroller Anwendungen Programmieren 486 Kapitel 16 Assembler Sprachen Befehlssätze Programme in Assembler Unterprogramme Nachschlagetabellen 512 Kapitel 17 Die Programmiersprache C Warum C? Programmstruktur Verzweigungen und Schleifen Felder Adresszeiger Programmentwicklung Programmbeispiele 538

6 Inhaltsverzeichnis 9 Kapitel 18 Eingabe-/Ausgabesysteme Verknüpfung Eingabe-/Ausgabeadressierung Schnittstellenanforderungen Periphere Schnittstellenadapter Serielle Kommunikationsschnittstelle Verknüpfungsbeispiele 564 Kapitel 19 Speicherprogrammierbare Steuerungen Speicherprogrammierbare Steuerungen Grundstruktur Eingabe-/Ausgabeverarbeitung Programmieren Mnemonische Codes Timer, Merker und Zähler Schieberegister Master- und Sprungsteuerungen Datenverarbeitung Analoge Ein-/Ausgangsgrößen Auswahl einer SPS 603 Kapitel 20 Kommunikationssysteme Digitale Kommunikation Zentrale, hierarchische und dezentrale Steuerung Netzwerke Protokolle Kommunikationsmodell für die Kommunikation offener Systeme Kommunikationsschnittstellen 619 Kapitel 21 Fehlersuche Fehlererkennungsverfahren Watchdog Timer Paritäts- und Fehlerkennungsprüfungen Häufige Hardwarefehler Mikroprozessorsysteme Emulation und Simulation SPS-Systeme 646 Kapitel 22 Mechatronische Systeme Traditionelle und mechatronische Konzepte Mögliche mechatronische Entwicklungslösungen Fallstudien mechatronischer Systeme 670

7 10 Inhaltsverzeichnis Anhang A Die Laplace-Transformation 685 A.1 Die Laplace-Transformation 685 A.2 Einheitssprungfunktionen und Impulse 687 A.3 Standardmäßige Laplace-Transformationen 689 A.4 Die Rücktransformation 694 Anhang B Logikgatter 697 Anhang C Befehlssätze 699 Anhang D Bibliotheksfunktionen in C 711 Lösungen 717 Literaturverzeichnis 735 Sachregister 739

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