Masterstudiengang Automatisierung. Antriebstechnik für mobile Systeme

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1 Antriebstechnik für mobile Systeme Lehrveranstaltungsform Vorlesung und Labor Abkürzung AS/ASP Semester 1 Semesterwochenstunden 3+1 SWS Sprache Deutsch Kreditpunkte 5 CP Arbeitsaufwand Prof. Dr. Vaupel 150h, davon 70 Präsenz, Prof. Dr. Vaupel, NN Kenntnisse in der Automatisierungs- und Regelungstechnik Kenntnisse in Elektrische Antriebe, Leistungselektronik und Mathematik Die Studierenden sollen die theoretischen Grundlagen zur Beschreibung und Analyse mobiler elektrischer Antriebssysteme Systeme kennen lernen. Die Studierenden sollen vertiefendes Wissen in der Regelung von Bewegungsabläufen mit stromrichtergespeisten elektrischen Antrieben erwerben. Sie sollen die wesentlichen Parameter der Strecke ermitteln können, die Steuerung und Regelung entwerfen, umsetzen und optimieren können. Die Studierenden sollen in der Lage sein, für mobiles System einen Antrieb mit seinen einzelnen Komponenten zu entwerfen, in der Simulation zu erproben und im Experiment zu realisieren. Grundlagen Elektrische Maschinen für Servoantriebe und Direktantriebe Aufbau elektromechanischer Antriebe, der Steuer- und Regeleinrichtungen feldorientierte Regelung stromrichtergespeister Synchron- und Asynchronmaschinen Identifikation des dynamischen Verhaltens von Regelstrecken Reglerstrukturen und Regleroptimierung Anwendungen (z.b. Mehrachsenbewegung, Gleichlaufregelung, Zugkraftregelung) Energiesparende Antriebe Simulation elektrischer Antriebe Anwendungen Studien- und Klausur und bestandenes Laborpraktikum Tafelarbeit, Rechnerpräsentation, Skript, Labor, PC-Übungen Rolf Fischer, Elektrische Maschinen, Carl Hanser Verlag Ali Farschtschi, Elektromaschinen in Theorie und Praxis, VDE Verlag R. Jäger/E. Stein, Leistungselektronik, VDE-Verlag, VDE Verlag Klemens Heumann, Grundlagen der Leistungselektronik, Teubner Verlag Dieter Anke, Leistungselektronik, Oldenbourg Verlag

2 Dezentrale Energieversorgung Lehrveranstaltungsform Vorlesung und Labor Abkürzung DE/DEP Semester 1 Semesterwochenstunden 3+1 SWS Sprache Deutsch Kreditpunkte 5 CP Arbeitsaufwand Prof. Dr. Vaupel 150h, davon 70 Präsenz, Prof. Dr. Vaupel, NN Grundlagen der Energietechnik Fortgeschrittene Kenntnisse in Energietechnik Die Studierenden sollen die theoretischen Grundlagen zur Beschreibung und Analyse dezentraler Energieversorgungen unter wirtschaftlichen und technischen Gesichtspunkten kennen lernen. Die Studierenden sollen in der Lage sein, für eine dezentrale Energieversorgung ein detailliertes Konzept zu entwerfen, in der Simulation für verschiedene Lastsituationen zu erproben und im Modell zu realisieren. Die grundlegenden Prinzipien der Versorgungssicherheit und Netzqualität sollen verstanden und in der Anwendung bewertet werden können. Studien und Grundlagen Definitionen Innovative Anlagentechnik (z.b. Windkraftanlagen, Solaranlagen, Brennstoffzellen, CO2 Sequestation, Energiespeichertechniken, virtuelle Kraftwerke) Umweltverträgliche Energieversorgung für Städte und Regionen (Bedarfsstruktur, Energieflußdiagramme, Energieeinsparung, Wärmekraftkopplung) Energiemanagement, Automation Versorgungssicherheit, Netzqualität, Regelung, Schutz Kosten Nutzen Analysen, Risikoanalysen und der Szenario Entwicklung Simulation dezentraler Energiesysteme und ihrer Komponenten Applikationen mobiler Systeme (Elektrofahrzeug, Schiffe) Klausur und bestandenes Laborpraktikum Tafelarbeit, Rechnerpräsentation, Skript, Labor, PC Übungen Nelles, Tuttas Elektrische Energietechnik Brinkmann Einführung in die elektr. Energiewirtschaft Heuck, Dettmann: Elektrische Energieversorgung, Vieweg Verlag Knies, Schierack: Elektrische Anlagentechnik, Hanser Verlag Blume, Schlabbach, Stephanblome: Spannungsqualität in elektrischen Netzen, VDE Verlag Günter G. Seip, Pubicis Verlag, Electrical Installations Handbook, Third Edition 2000

3 Embedded Systems Lehrveranstaltungsform Vorlesung + Praktikum Abkürzung EM/EMP Semester 1 Semesterwochenstunden 3+1 SWS Sprache deutsch Kreditpunkte 5 CP Arbeitsaufwand Prof. Dr. Henning Hasemann 150 h, davon 64 h Präsenz, Prof. Dr. U. Meiners, Prof. Dr. R. Fitz, Prof. Dr. H. Hasemann Beherrschung des Stoffumfangs aus dem Bachelor Studiengang Informations und Elektrotechnik, insbesondere Software Entwicklung und Computertechnik. Die Studierenden sollen moderne eingebettete Systeme der Automatisierungstechnik kennen lernen. Ein Schwerpunkt wird auf Systeme mit eigenem Betriebssystem gelegt, bei denen die Bedienung und Wartung Internet basiert ist. Vorlesung: Einführung: Beispiele für Embedded Systems Mikrocontrollerfamilien und Prozessorarchitekturen für Embedded Systems Vertiefung spezieller Hardwarekomponenten: Speicher, Timer, Watchdog, UART, parallele Ports, AD Wandlung, Aufbau eines typ. Entwicklungssystems: Crosscompiler, binäre Dateiformate, Telnet, FTP, remote debugging Betriebssysteme für Embedded Architekturen In System.Programmierung und Funktion der JATAG Schnittstelle Bootloader und bootbare Systeme Schnittstellen und Bussysteme in Embedded Architekturen Direkter Hardware und Speicherzugriff, Hardwareschutz und Treiber Client Server Architekturen TCP/IP: IP, UDP, TCP, das Socket Interface, Datenübertragung mit UDP und TCP Einfache http Server für Embedded Architekturen und CGI Programmierung HTML und Aufbau von Web Seiten Scriptsprachen, Java Applets und dynamische Web Seiten E Mail in Embedded Architekturen Fernwartung für Embedded Architekturen Sicherheitsaspekte bei Internet basierten Automatisierungssystemen Praktikum (Beispiele möglicher Praktikumsversuche): Kommunikation über Standardschnittstellen für ein einfaches Embedded System ohne Betriebssystem Benutzung eines Socket Interface zur Datenübertragung http Server und Entwicklung dynamischer Webseiten zur Bedienung und Beobachtung Datenübertragung mit dem CAN Bus Studien und Die Teilnahme an der Klausur EM setzt die erfolgreiche Teilnahme am Praktikum EMP voraus Tafelarbeit, Folien, Rechner Präsentation, Laborarbeit

4 J. W. S. Lui: Real Time Systems, Prentice Hall 2000 Halang W.A., Konakovsky R., Sicherheitsgerichtete Echtzeitsysteme, Oldenbourg Tannenbaum A. S., Verteilte Betriebssysteme, Prentice Hall K. D. Walter, Messen, Steuern und Regeln per Internet, Francis Verlag K.D. Walter, Messen, Steuern und Regeln mit Linux, Francis Verlag

5 Betriebssysteme und Echtzeitprogrammierung Lehrveranstaltungsform Vorlesung + Praktikum Abkürzung EP / EPP Semester 1 Semesterwochenstunden 3+1 SWS Sprache deutsch Kreditpunkte 5 CP Arbeitsaufwand Prof. Dr. Henning Hasemann 150 h, davon 64 h Präsenz, Prof. Dr. U. Meiners, Prof. Dr. R. Fitz, Prof. Dr. H. Hasemann Beherrschung des Stoffumfangs aus dem Bachelor Studiengang Informations und Elektrotechnik, insbesondere Software Entwicklung und Computertechnik. Die Studierenden sollen den prinzipiellen Aufbau und die Arbeitsweise moderner Betriebssysteme kennen lernen. Ein Schwerpunkt wird auf die Anforderungen und Eigenschaften von skalierbaren Betriebssystemen zur Echtzeitverarbeitung gelegt, wie sie im Wesentlichen zum Einsatz in Embedded Architekturen geeignet sind. Vorlesung: Einführung: Entwicklung der Rechnerhardware und historische Entwicklung der Betriebssysteme Prozesse und Threads: Prozess und Threadzustände, Prozess und Threadverwaltung Scheduling: Allgemeine Algorithmen, insbesondere Real Time Scheduling Prozesssynchronisation: Kritische Bereiche, Modellierung kritischer Bereiche, Semaphoren, Monitore Speicherverwaltung: Partitionierung, Algorithmen zur Speicherwaltung, virtuelle Speicherverwaltung, MMU IO und Filesystem: Buffering, DMA, Gerätetreiber, Fileorganisation Verteilte Systeme: Client Server Architekturen, Message Passing, Clusters Echtzeitprogrammierung: Interruptverarbeitung, Synchrone und Asynchrone Programmierung, Sprachen zur Echtzeitprogrammierung Praktikum (Beispiele möglicher Praktikumsversuche): Benutzung von Systemcalls für die Benutzung typischer Betriebssystem Funktionen Performance Untersuchungen an einem Echtzeit Betriebssystem Entwicklung eines einfachen Device Treibers Interprozesskommunikation zur Implementierung eines Erzeuger Verbraucher Prozess Studien und Die Teilnahme an der Klausur EP setzt die erfolgreiche Teilnahme am Praktikum EPP voraus Tafelarbeit, Folien, Rechner Präsentation, Laborarbeit William Stallings, Operating Systems, Prentice Hall Gary Nutt, Operating Systems, Addison and Wesley Tannenbaum, Moderne Betriebssysteme, Hanser Verlag Tannenbaum A. S., Verteilte Betriebssysteme, Prentice Hall

6 J. W. S. Lui: Real Time Systems, Prentice Hall 2000

7 Zustandsregelung Lehrveranstaltungsform Vorlesung und Laborpraktikum Abkürzung ZR/ZRP Semester 1 Semesterwochenstunden 3+1 SWS Sprache deutsch Kreditpunkte 5CP Arbeitsaufwand Prof. Dr. Suhl 150h, davon 70 Präsenz, Prof. Dr. Suhl, Prof. Dr. Wöhlke, Prof. Dr. Claussen, Prof. Dr. Holzhüter, Prof. Dr. Klinger, Signal- und Systemtheorie Grundlagen der Regelungstechnik Reglersynthese Die Studierenden sollen die Reglersynthese im Zustandsraum kennenlernen und auf instabile Regelstrecken anwenden können. Bedeutung und Nachweis von Stabilität, Polverschiebung und Zustandsrekonstruktion sollen verstanden und umgesetzt werden. Die Studierenden sollen in die Lage versetzt werden, selbständig die Regelstrecke zu analysieren und geeignete Regler zu synthetisieren. Nichtlineares Systemverhalten Zustandsraumbeschreibung Ähnlichkeitstransformation Vorgabe Führungsverhalten Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit Zustandsrückführung Zustandbeobachtung Stabilität Studien- und Klausur und bestandenes Laborpraktikum Skript, Tafelarbeit, Folien, Rechnerpräsentation MATLAB in der Regelungstechnik. Analyse linearer Systeme. von Helmut Bode Teubner Verlag Taschenbuch der Regelungstechnik von Holger Lutz, Wolfgang Wendt Deutsch (Harri) Regelungstechnik 1 von Heinz Unbehauen Vieweg (Mai 2005) Regelungstechnik II. Zustandsregelungen, digitale und nichtlineare Regelsysteme von Heinz Unbehauen Vieweg Verlag

8 Seminar Autonome Systeme Lehrveranstaltungsform Seminar Abkürzung ASS Semester 2 Semesterwochenstunden 2 SWS Sprache deutsch Kreditpunkte 3 CP Arbeitsaufwand Prof. Dr. Holzhüter 90h, davon 35h Präsenz, Rest Eigenarbeit Prof. Dr. Claussen Prof. Dr. Hasemann, Prof. Dr. Holzhüter, Prof. Dr. Meiners, Prof. Dr. Suhl, Prof. Dr. Vaupel, Prof. Dr. Wöhlke Kenntnisse aus den Modulen des ersten Semesters (Antriebstechnik, Dezentrale Energieversorgung, Embedded Systems, Betriebssysteme, Dynamische Systeme, Zustandsregelung) Zur Abrundung des Verbundprojekts Autonome Systeme sollen die Studierenden ihre Kenntnisse in speziellen mit dem Projekt zusammenhängenden Themen durch Halten eigener Vorträge und anschließende Diskussion vertiefen. Studien und Seminarvorträge mit wechselnden Themenstellungen aus den Bereichen Antriebstechnik, Regelungstechnik, Energietechnik, Embedded Systems Seminarvortrag Folien, Rechnerpräsentation Wird zu den jeweiligen Vortragsthemen speziell angegeben.

9 Dynamische Systeme Lehrveranstaltungsform Vorlesung und Labor Abkürzung DN/DNP Semester 2 Semesterwochenstunden 3+1 SWS Sprache Englisch Kreditpunkte 5 CP Arbeitsaufwand Prof. Dr. Holzhüter 150h, davon 70 Präsenz, Prof. Dr. Claussen, Prof. Dr. Holzhüter, Prof. Dr. Klinger, Prof. Dr. Suhl, Prof. Dr. Wöhlke Grundlagen der Algebra und Analysis Kenntnisse in MATLAB/SIMULINK Fortgeschrittene Kenntnisse in Regelungstechnik Die Studierenden sollen die theoretischen Grundlagen zur Beschreibung und Analyse nichtlinearer dynamischer Systeme kennenlernen. Die Studierenden sollen in der Lage sein, für ein nichtlineares System einen Regler zu entwerfen, in der Simulation zu erproben und im Experiment zu realisieren. Die grundlegenden Prinzipien der Optimalregelung sollen verstanden und angewendet werden können. Studien und Beschreibung nichtlinearer Systeme im Zustandsraum Stabilitätsanalyse nach Lyapunov, Konstruktion von Lyapunovfunktionen Normalform für affine Systeme, globale Linearisierung Beschreibung Digitaler Systeme im Zustandsraum Linear quadratische Optimalregelung Grundlagen der nichtlinearen Optimalregelung Beobachter für nichtlineare Systeme Simulation nichtlinearer Regelkreise Experimentelle Realisierung eines Reglers für eine instabile nichtlineare Strecke Klausur und bestandenes Laborpraktikum Tafelarbeit, Rechnerpräsentation, Skript, Labor, PC Übungen Slotine & Li. Applied Nonlinear Control. Prentice Hall (1991) Föllinger. Nichtlineare Regelungen I und II, Oldenbourg 1998 bzw Anderson & Moore. Optimal Control: Linear Quadratic Methods. Prentice Hall (1990) Unbehauen. Regelungstechnik 2. Vieweg (1993). Khalil. Nonlinear Systems. Prentice Hall (2002).

10 Projektmanagement und Systemengineering Lehrveranstaltungsform Vorlesung und Laborpraktikum Abkürzung PS Semester 2 Semesterwochenstunden 2 SWS Sprache deutsch Kreditpunkte 2 CP Arbeitsaufwand Prof. Dr. Suhl 75h, davon 35h Präsenz, Prof. Dr. Suhl, Prof. Dr. Wöhlke Grundkenntnisse des Projektmanagements Mathematik- und Informatik-Kenntnisse Die Studierenden sollen komplexere Problemstellungen des Projektmanagements in Form von realer Projektarbeit kennenlernen. Da die Projektarbeit wesentlich den Erfolg eines Projektes beeinflusst, sollen u. A. die folgenden Kerngebiete aufbauend auf den Bachelor-Studiengang gefördert werden: Nutzung der Teamvorteile Zielbestimmte Vorgehensweise Effiziente Arbeitsdurchführung Einsatz bestgeeigneter Verfahren Studien- und Übersicht über fortgeschrittene Methoden des Projektmanagements: Recherchieren mit modernen Verfahren und Arbeitstechniken Kommunikation- und Verhandlungsführung Präsentationstechniken und Visualisierungsverfahren Berichts- und Protokollierungsverfahren Leiten von Besprechungen Personal- und Einsatzplanung Rechnergestützte Methoden und Verfahren zur Projektsteuerung und Kontrolle des Projektstatuses Mündliche Prüfung Skript, Tafelarbeit, Folien, Rechnerpräsentation Projektmanagement mit System. Organisation, Methoden, Steuerung von Georg Kraus, Reinhold Westermann Gabler Projektmanagement. von Jacques Boy, u. a. Gabal (September 2004)

11 Lehrveranstaltungsform Projekt Veranstaltung Verbund-Projekt Autonome Systeme und Verbund-Projekt Autonome Systeme Abkürzung VP/VPJ Semester 2 Semesterwochenstunden 2+8 SWS Sprache deutsch Kreditpunkte 15 CP Arbeitsaufwand Prof. Dr. Holzhüter 390h, davon 175h Präsenz, Rest Vor- und Nachbereitung Prof. Dr. Claussen Prof. Dr. Hasemann, Prof. Dr. Holzhüter, Prof. Dr. Meiners, Prof. Dr. Suhl, Prof. Dr. Vaupel, Prof. Dr. Wöhlke Kenntnisse aus den Modulen des ersten Semesters (Antriebstechnik, Dezentrale Energieversorgung, Embedded Systems, Betriebssysteme, Dynamische Systeme, Zustandsregelung) Als unmittelbare Ergänzung zum Verbundprojekt Autonome Systeme sollen die Studierenden ihre theoretischen Kenntnisse in speziellen für das Projekt erforderlichen Themen vertiefen. Die Studierenden sollen die theoretischen Kenntnisse aus den Bereichen Regelungstechnik, Antriebstechnik, Embedded Systems und Energietechnik in einem zusammenhängenden Projekt zur Anwendung bringen. Vorlesung (2 SWS) Wechselnde Schwerpunkte aus den Bereichen Antriebstechnik, Regelungstechnik, Energietechnik, Embedded Systems Projekt (8 SWS) Entwurf und Realisierung der Automatisierungs-Komponenten eines autonomen Fahrzeugs - Aufbau von Antrieb und Energieversorgung - Regelungstechnische Modellbildung - Entwurf und Aufbau eines Bahnführungssystems - Inbetriebnahme eines autonomen On Board Rechners unter Matlab Embedded XPC Target - Realisierung einer Kamera-gestützten Sensorik einschließlich Bildauswertung Studien- und Mitarbeit in der Vorlesung und im Projekt Präsentation und Abschlussbericht Projektarbeit Wird entsprechend den jeweiligen Schwerpunkten speziell angegeben.