Inhalt Einleitung Modellbildung technischer Systeme Dynamik mechanischer Systeme Schwingungen

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Klara Schreiber
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1 Inhalt 1 Einleitung 1.1 Entwicklung von Maschinenbau und Elektrotechnik Entwicklung der Technik am Beispiel der Werkzeugmaschine Mechatronik als neues Bindeglied Maschinenbau und Elektrotechnik - grundsätzlich verschieden? Unterschiede zwischen Maschinenbau, Elektrotechnik und Mechatronik Teilgebiete der Mechatronik 21 2 Modellbildung technischer Systeme Systembegriff Verfahren der Modellbildung Theoretische Modellbildung Allgemein bekannte Modellvorstellungen Vorgehensweise bei der Modellbildung Klassifizierung dynamischer Systeme Modellierung von Geometrie und Körpereigenschaften Mehrkörpersysteme Systeme mit elastischen Elementen Modellierung elektrischer Komponenten 45 3 Dynamik mechanischer Systeme Kinematik des Massenpunktes Kinematik des starren Körpers Die ebene Bewegung des starren Körpers Die ebene Relativbewegung eines Punktes Die Bewegung des starren Körpers im Raum Rotation im Raum Relativbewegung eines Punktes des starren Körpers Darstellung der Bewegung des starren Körpers in 66 Matrizenschreibweise 3.3 Bindungen in Mehrkörpersystemen Kinetik Impuls-, Schwerpunkt- und Drallsatz Energiesatz Die Prinzipien der Mechanik Prinzip der virtuellen Arbeit Lagrange sche Bewegungsgleichungen Schwingungen Einmassenschwinger Freie ungedämpfte Schwingungen Freie gedämpfte Schwingungen Erzwungene Schwingungen Nichtperiodische Erregung Harmonische Erregung Nichtlineare Schwinger Mehrmassenschwinger Schwingungsanalyse Reelle Form der Fourier-Reihe Komplexe Form der Fourier-Reihe Fourier-Transformation nichtperiodischer Funktionen Diskrete Fourier-Transformation zur Analyse von Abtastsignalen 148

2 VIII Inhalt 5 Sensoren Messtechnik Messgrößen und Maßeinheiten Messgrößenaufnehmer und Messwertwandler Messwertanpassung Analog-/Digital-Wandler Kenngrößen von Messeinrichtungen Statische Kenngrößen Dynamische Kenngrößen Fehlerkenngrößen Messeffekte Widerstandseffekte Ohmsche Widerstandseffekte Piezowiderstandseffekt Magnetische Effekte Induktionsprinzip Galvanomagnetische Effekte Magnetoelastische Effekte Kapazitive Effekte Piezo- und Pyroelektrische Effekte Optische Effekte Sensoren für mechatronische Systeme Bewegungssensoren Positionssensoren Geschwindigkeitssensoren Beschleunigungssensoren Kraft- und Momentensensoren Aktoren Klassische Aktoren Elektromotorische, rotierende Antriebe Gleichstrommotoren Drehfeldmotoren Asynchronmotoren Schrittmotoren Elektromotorische Linearantriebe Fluidische Aktoren Pneumatische Aktoren Hydraulische Aktoren Geschwindigkeitsverstellung von hydraulischen Aktoren Neuartige Aktoren Piezoelektrische Aktoren Aktoren aus Formgedächtnislegierungen Dehnstoffaktoren Mikrostrukturierte Aktoren Automatisierungsstechnik Automatisierungskonzepte Intelligente Maschinen Steuerung und Regelung Schlussfolgern und regelbasiertes Wissen Autonome intelligente Agenten Lernen und Mustererkennung Architektur intelligenter Maschinen Hierarchien Netzwerke 271

3 Inhalt IX Schichtarchitekturen Steuerungstechnik Boole sche Algebra Kombinatorische Steuerungen Sequentielle Steuerungen Probleme der Modellbildung digitaler Systeme Mehrwertige und unscharfe Logik (Fuzzy Logic) Neuronale Netzwerke McCulloch-Pitts-Neuron Perceptron Backpropargation-Netzwerk Regelungstechnik Beschreibung und Analyse regelungstechnischer Systeme Laplace-Transformation Blockschaltbilder Frequenzgang und Ortskurve Verschiedenartige Übertragungssysteme Frequenzkennlinien Zustandsraumdarstellung Regler Stabilität von Regelkreisen Systemidentifikation Synthese von Regelkreisen Spezifikationen Einstellregeln Mehrschleifige Regelkreise Prozessdatenverarbeitung mit Mikrorechnern Mikrorechner Aufbau von Mikrorechnern Software für Mikrorechner Anwendungsspezifische Prozessoren und Bauelemente Simulation Numerische Integration Modellbildung mit Bondgraphen Elemente von Bondgraphen Port Bauelemente Port R-Elemente Port C-Elemente Port I-Elemente Port Quellen Port Bauelemente Port Transformer Port Gyrator Multi-Ports Erstellung von Modellen komplexerer Systeme Simulationssysteme Simulationssprachen Simulation elektrischer Schaltungen Simulation mechanischer Systeme Modellbeschreibung mit Blockschaltbild-Editoren Objektorientierte Modellbildung Sim CAMel-View Hardware-in-the-Loop, Software-in-the-Loop Hardware-in-the-Loop Software-in-the-Loop 439

4 X Inhalt Kopplung von Modellen und Prototypen Simulationssysteme für Industrieroboter Mechatronische Systeme Wann ist der Einsatz der Mechatronik sinnvoll? Entwicklung mechatronischer Systeme Mechatronische Teilsysteme Magnetlager Anti-Blockier-System (ABS) Aktives Fahrwerk Aktive Federung mit Hydrozylinder Aktive Federung mit Hydrozylinder und aktivem Tilger Mechatronische Anwendungen bei Industrierobotern Nachführen eines Roboterarms an einer Freiformfläche Zusätzliche Bewegungsachsen für Industrieroboter Mechatronische Gesamtsysteme Hexapodenkonzepte Fahrrad mit aktiver Neigetechnik 486 Literaturverzeichnis 493 Sachwortverzeichnis 497

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