William Bolton Bausteine mechatronischer Systeme 3. Auflage PEARSON Studium ein Imprint von Pearson Education München Boston San Francisco Harlow, England Don Mills, Ontario Sydney Mexico City Madrid Amsterdam
Kapitel 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Kapitel 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 Kapitel 3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 Vorwort Überblick Leser Ziele Aufbau des Buches Begleitendes Online-Material Danksagungen Mechatronik Mechatronik - was ist das? Systeme Messsysteme Steuerungs- und Regelungssysteme Mikroprozessorgesteuerte Regler Systemantworten Der mechatronische Ansatz 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 Siqnaiaufbereitung Signalaufbereitung Operationsverstärker Schutz Filterung Wheatstonebrücke Digitale Signale 11 11 11 12 16 17 18 19 20 21 22 31 34 35 3" 39 39 45 62 66 67 72 74 75 82 83 84 91 93 105 107 109 115
3.7 Multiplexer 127 3.8 Datenerfassung 129 3.9 Digitale Signalverarbeitung 131 3.10 Impulsmodulation 133 Kapitel 4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 Kapitel 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 Kapitel 6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 Kapitel 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 Systeme zur Darstellung von Daten Melder und Schreiber Elemente zur Darstellung von Daten Magnetische Aufzeichnung Anzeigen Datenerfassungssysteme Messsysteme Erprobung und Kalibrierung Pneumatische und hydraulische Antriebssysteme Antriebssysteme Pneumatische und hydraulische Systeme Wegeventile Druckventile Zylinder Prozessregelventile Betätigungsmotoren Mechanische Antriebssysteme Mechanische Systeme Bewegungsarten Kinematische Ketten Nocken Räderwerke Sperrzahnrad mit Sperrklinke Riemen- und Kettenantriebe Lager Mechanische Aspekte bei der Motorenauswahl Elektrische Antriebssysteme Elektrische Systeme Mechanische Schalter Halbleiterschalter Magnetantriebe Gleichstrommotoren Wechselstrommotoren Schrittmotor 137 137 139 147 153 160 163 167 173 173 173 175 180 182 187 193 197 197 198 201 204 206 210 211 213 218 223 223 223 225 234 234 244 246
M Kapitel 8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 Kapitel 9 9.1 9.2 9.3 9.4 Kapitel 10 10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 Kapitel 11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 Kapitel 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 Kapitel 1 3 13.1 13.2 13.3 13.4 Grundlegende Systemmodelle Mathematische Modelle Bausteine für mechanische Systeme Bausteine für elektrische Systeme Bausteine für hydrodynamische Systeme Bausteine für thermische Systeme Systemmodelle Technische Systeme Dreh-/Parallelsysteme Elektromechanische Systeme Hydraulisch-mechanische Systeme Übergangsverhalten von Systemen Modellierung dynamischer Systeme Systeme erster Ordnung Systeme zweiter Ordnung Leistungsmessungen für Systeme zweiter Ordnung Systemidentifikation 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 Frequenzgang Sinusförmiges Eingangssignal Zeiger Frequenzgang eines Systems erster Ordnung Bodediagramme Leistungskenngrößen Stabilität Regler Stetige und unstetige Prozesse Regelungsarten Zweipunktregelung Proportionalregelung 255 255 256 265 271 280 287 287 290 291 296 301 301 305 311 319 322 325 325 329 331 334 335 336 339 349 349 349 353 356 366 367 371 371 373 374 376
13.5 13.6 13.7 13.8 13.9 13.10 13.11 13.12 Kapitel 14 14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6 14.7 Kapitel 15 15.1 15.2 15.3 15.4 15.5 Kapitel 16 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 Kapitel 1 7 17.1 17.2 17.3 17.4 17.5 17.6 17.7 Differenzialregelung Integralregelung PID-Regler Digitale Regler Leistung von Regelungssystemen Regleroptimierung Geschwindigkeitsregelung Adaptive Regelung Digitallogik Digitallogik Zahlensysteme Logikgatter Boolesche Algebra Karnaugh-Tafeln Anwendungsbeispiele für Logikgatter Sequenzielle Logik Mikroprozessoren Steuerung Mikroprozessorsysteme MikroController Anwendungen Programmieren Assembler Sprachen Befehlssätze Programme in Assembler Unterprogramme Nachschlagetabellen Die Programmiersprache C Warum C? Programmstruktur Verzweigungen und Schleifen Felder Adresszeiger Programmentwicklung Programmbeispiele 381 384 388 389 392 394 397 398 403 403 404 412 421 427 432 438 449 449 450 463 484 486 491 491 492 499 507 512 519 519 519 527 533 534 536 538
Kapitel 18 18.1 18.2 18.3 ; 18.4 18.5 18.6 Kapitel 19 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7 19.8 19.9 19.10 19.11 \ Kapitel 20 ; 20.1 I 20.2 j 20.3 20.4 20.5 i - 20.6 Eingabe-/Ausgabesysteme Verknüpfung Eingabe-/Ausgabeadressierung Schnittstellenanforderungen Periphere Schnittstellenadapter Serielle Kommunikationsschnittstelle Verknüpfungsbeispiele 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 Kommunikationssysteme Digitale Kommunikation Zentrale, hierarchische und dezentrale Steuerung Netzwerke Protokolle Kommunikationsmodell für die Kommunikation offener Systeme Kommunikationsschnittstellen 543 543 543 546 556 561 564 569 569 570 573 574 583 586 593 596 598 602 603 607 607 607 611 613 615 619 \ Kapitel 21 21.1 l 21.2 21.3 h 21.4»' 21.5. 21.6 I: 21-7 1 Kapitel 22 \ 22.1 K 22.2 1 22.3 Fehlersuche Fehlererkennungsverfahren Watchdog Timer Paritäts- und Fehlerkennungsprüfungen Häufige Hardwarefehler Mikroprozessorsysteme Emulation und Simulation SPS-Systeme Mechatronische Systeme Traditionelle und mechatronische Konzepte Mögliche mechatronische Entwicklungslösungen Fallstudien mechatronischer Systeme 633 633 634 635 637 639 644 646 651 651 657 670
Anhang A Anhang B Anhang C Anhang D Die Laplace-Transformation A.1 Die Laplace-Transformation A.2 Einheitssprungfunktionen und Impulse A.3 Standardmäßige Laplace-Transformationen A.4 Die Rücktransformation Logikgatter Befehlssätze Bibliotheksfunktionen in C Lösungen Literaturverzeichnis Sachregister 685 685 687 689 694 697 699 711 717 735 739