Universität Stuttgart Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. P. Göhner

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1 Universität Stuttgart Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. P. Göhner PRÜFUNG AUTOMATISIERUNGSTECHNIK II WS 2 / 22 Name: Matrikelnummer: Note: Prüfungstag: Prüfungsdauer: 2 Minuten Prüfungsumfang: 4 Aufgaben (7 Seiten) Hilfsmittel: alle, außer Kommunikationsgeräte Hinweise:.) Verlangt sind alle Aufgaben. 2.) Bitte verwenden Sie keinen Rotstift / Bleistift. 3.) Bitte tragen Sie in den Kasten Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer ein. 4.) Verwenden Sie für jede Teilaufgabe ein separates Lösungsblatt. 5.) Geben Sie dieses Deckblatt zusammen mit Ihren Lösungsblättern ab. 6.) Schreiben Sie auf alle Lösungsblätter unbedingt Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer. MUSTERLÖSUNG Nicht vom Studierenden auszufüllen

2 Prüfung Automatisierungstechnik II, WS /2 (Musterlösung) Seite 2 Aufgabe : Fuzzy-Control (35 min) Frage.: Linguistische Variablen und Terme Eingangsgröße Wertebereich Linguistische Terme Lenkwunsch links, gerade, rechts Geschwindigkeit 2 km/h langsam, schnell Ausgangsgröße Wertebereich Linguistische Terme Radstellung -% +% stark links, links, gerade, rechts, stark rechts Frage.2: Zugehörigkeitsfunktionen

3 Prüfung Automatisierungstechnik II, WS /2 (Musterlösung) Seite 3 Frage.3: Regelwerk Regel WENN Lenkwunsch links UND Geschwindigkeit langsam DANN Radwinkel stark links Regel 2 WENN Lenkwunsch links UND Geschwindigkeit schnell DANN Radwinkel links Regel 3 WENN Lenkwunsch gerade UND Geschwindigkeit langsam DANN Radwinkel null Regel 4 WENN Lenkwunsch gerade UND Geschwindigkeit schnell DANN Radwinkel null Regel 5 WENN Lenkwunsch rechts UND Geschwindigkeit langsam DANN Radwinkel stark rechts Regel 6 WENN Lenkwunsch rechts UND Geschwindigkeit schnell DANN Radwinkel rechts Frage.4: Zugehörigkeits- und Erfüllungsgrade und Fuzzy-Implikation Zugehörigkeitsgrade µ LLi (-8 ) =,6 µ LGe (-8 ) =,4 µ LRe (-8 ) =, μ GL (2 km/h) =,4 μ GS (2 km/h) =,6 Erfüllungsgrade H = MIN (,6 ;,4) =,4 H 2 = MIN (,6 ;,6) =,6 H 3 = MIN (,4 ;,4) =,4 H 4 = MIN (,4 ;,6) =,4 H 5 = MIN (, ;,4) =, H 6 = MIN (, ;,6) =, Frage.5: Fuzzy-Konklusion μ RSLi = MAX (,4 ) =,4 μ RLi = MAX (,6 ) =,6 μ RNu = MAX (,4 ;,4 ) =,4 μ RRe = MAX (, ) =, μ RSRe = MAX (, ) =,

4 Prüfung Automatisierungstechnik II, WS /2 (Musterlösung) Seite 4 Frage.6: Defuzzyfizierung A = 72, x A = -5% A2 =, x A2 = -5% Schwerpunkt mit Formel aus der Vorlesung: -5% (oder durch Begründung). Frage.7: Einsatz des Reglers Der Regler ist für den Einsatz in der Praxis eher nicht geeignet. Wenn bei eingestelltem Lenkwinkel die Geschwindigkeit verändert wird, würde sich auch der Radwinkel ändern. Dadurch müsste in einer Kurve mit gleichem Radius trotzdem ständig die Lenkung manuell nachkorrigiert werden. Zudem reagiert der Fuzzy-Controller zu träge auf die Lenkbewegungen.

5 Prüfung Automatisierungstechnik II, WS /2 (Musterlösung) Seite 5 Aufgabe 2: Automatisierungsverfahren (2 min) Frage 2.: Umrechnung Rohwerte / Fertigwerte 4-bit A/D-Wandler: Wertebereich 6383 ( 2V) Formel zur Umrechnung von Winkel in ohm. Widerstand: () Formel zur Umrechnung von Fertigwerte in Rohwerte: (2) Rohwert bei : 239 Rohwert bei : 225 Formel zur Umrechnung von Rohwerten in Fertigwerte: (3) Fertigwert für : 9 Frage 2.2: Linearisierung Original-Rohwert bei -8 : 3652 Eingesetzt in linearisierte Formel: -245 (-36%) Original-Rohwert bei 8 : 89, Eingesetzt in linearisierte Formel: 47 (-8%) Nein, die Linearisierung ist nicht ausreichend genau!

6 Prüfung Automatisierungstechnik II, WS /2 (Musterlösung) Seite 6 Aufgabe 3: Steuerungstechnik (4 min) Frage 3.: Bestimmung der sich blockierenden Fahrspuren Folgende Regeln müssen beim Betrieb der Ampelanlage beachtet werden: Ampel A darf nie gleichzeitig mit Ampel C grün sein. Ampel C darf nie gleichzeitig mit Ampel B grün sein. Ampel B darf nie gleichzeitig mit Ampel D grün sein. Frage 3.2: Modellierung einer Signalampel Beschreibung der Stellen / Zustände: S: rot leuchtet S2: gelb leuchtet S3: grün leuchtet Durch die Kapazitätsangabe ist in jedem Zustand immer nur eine Transition schaltfähig.

7 Prüfung Automatisierungstechnik II, WS /2 (Musterlösung) Seite 7 Frage 3.3: Modellierung der gesamten Ampelanlage S S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S S S2 S3 S4 S5 Ampel A rot Ampel A gelb Ampel A grün Ampel C rot Ampel C gelb Ampel C grün Ampel B rot Ampel B gelb Ampel B grün Ampel D rot Ampel D gelb Ampel D grün Verknüpfung Ampel A Ampel C Verknüpfung Ampel C Ampel B Verknüpfung Ampel B Ampel D

8 Prüfung Automatisierungstechnik II, WS /2 (Musterlösung) Seite 8 Frage 3.4: Netzstrukturen Verzweigungen: S, S2, S4, S5, S7, S8, S, S, S3, S4, S5 Begegnungen: S, S2, S4, S5, S7, S8, S, S, S3, S4, S5 Aufspaltungen: T, T4, T5, T8, T9, T2, T3, T6 Synchronisierungen: T, T2, T5, T6, T9, T, T3, T4 Alternativen: Nebenläufigkeiten: ja, durch Verzweigungen und Begegnungen ja, durch Aufspaltungen und Synchronisierungen Frage 3.5: Graphentheoretische Analyse Das Netz ist lebendig und reversibel. Frage 3.6: Inzidenzmatrix W Das vorliegende Petri-Netz ist kein reines Netz, da es Transitionen gibt, die den gleichen Vorgänger und Nachfolger haben. Daher kann auch keine algebraische Analyse in Form der T-Varianten durchgeführt werden und somit keine Aussage zu Lebendigkeit und Reversibilität getroffen werden

9 Prüfung Automatisierungstechnik II, WS /2 (Musterlösung) Seite 9 Aufgabe 4: Kurzaufgaben (25 min) Frage 4.: Sicherheit & Zuverlässigkeit Eine Badewannenkurve beschreibt den zeitlichen Verlauf der Versagensrate eines Produkts. Frühphase: In dieser Zeit sind ist die Fehlerrate bedingt durch Produktionsfehler höher. Gebrauchsphase: In dieser Zeit ist die Fehlerrate erfahrungsgemäß niedriger. Spätphase: In dieser Phase steigt die Fehlerrate durch Alterserscheinungen wieder an. Frage 4.2: Sicherheitstechnik Schadensausmaß: S2 (schwere Verletzung einer oder mehrerer Personen oder Tod eines Menschen): Wenn eine Person mit einem Körperteil in das laufende Sägeblatt langt, hat dies schwere Auswirkungen. Aufenthaltsdauer: A2 (häufig bis dauernd): Da es sich um eine größere Schreinerei handelt, wird die Kreissäge fast ständig im Betrieb sein. Gefahrenabwehr: G (möglich unter bestimmten Bedingungen): Durch Schutzbleche, Lichtschranken und Totmann-Knöpfe kann die Gefahr etwas reduziert werden. Eintrittswahrscheinlichkeit: W3 (relativ hoch): Durch eine kleine Unachtsamkeit in der Bedienung kann es zum Unfall kommen, was aufgrund von Übermüdung oder Stress häufig der Fall sein kann. (Alternativ auch W2 möglich.) Berechnung der Anforderungsklasse: S2 A2 G W3 Anforderungsklasse 4 Frage 4.3: Projektmanagement a) Mögliche Antworten: Phasenmodell Wasserfall-Modell Simulationsorientiertes Vorgehen (Rapid Prototyping) Spiralmodell V-Modell Erklärungen im Skript ab Seite 35ff. b) Netzplan oder Balkenplan (Skizzen im Skript auf S. 55 bzw. 57) c) Einflussfaktoren bezüglich der Produktivität: Komplexität der Problemstellung Produkteigenschaften Ressourcen Projektablauf Projektbeteiligte

10 Prüfung Automatisierungstechnik II, WS /2 (Musterlösung) Seite Frage 4.4: Zuverlässigkeitstechnik 5 a) MTTF,5* h * 2* *,2 b) t h h R e e e, 89 5 c). R ser R * R, R par ( R )( R ), 967 Frage 4.5: Sicherheitstechnik FTA: Ermittlung der Ursachen, welche zu einer bestimmten Gefährdung führen können. ETA: Ermittlung der Gefährdungen, welche auf einen bestimmten Störfall folgen können. (weitere Antworten möglich)