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Anzeigesprache

Digitale Regelungen

6

Deutsch

#50706 / #2

Seit WS 2019/20

Fakultät V

EW 3

Institut für Maschinenkonstruktion und Systemtechnik (IMS)

35351400 FG Elektromechanische Konstruktionen

Maas, Jürgen

Maas, Jürgen

juergen.maas@tu-berlin.de

POS-Nummer PORD-Nummer Modultitel
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Lernergebnisse

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage - regelungstechnische Fragestellungen unter Berücksichtigung digitaler Systemkomponenten und diskreter Eigenschaften zu bewältigen. - die in der Theorie entwickelten Methoden zum Entwurf diskreter Regler auf neue Fragestellungen anzuwenden und ggf. weiterzuentwickeln sowie die hergeleiteten Regelalgorithmen formal zu beschreiben und sowohl durch Simulation als auch im Experiment zu erproben. - die entworfenen Regler mit den Vorgehensweisen RCP und HIL zur prototypischen Entwicklung und Erprobung auf Echtzeitsystemen zu implementieren. - die erworbenen Kenntnisse auf andere Systeme zu übertragen und weiterzuentwickeln.

Lehrinhalte

- Einführung in diskrete Regelungen, Komponenten digitaler Regelkreise, Aufbau und Funktion von Digitalelektroniken und Echtzeitsystemen, Abtasttheorem, Echtzeitbetriebssystem. - mathematische Beschreibung von diskreten Regelkreisen sowie den damit verbundenen Signaleigenschaften (Differenzengleichungen, z-Transformation, diskrete Übertragungsfunktion, Differenzengleichungen, diskretes Zustandsraummodell). - Entwurfsverfahren diskreter Regelungen: - Methoden zum quasikontinuierlichen Entwurf unter Verwendung klassischer Entwurfsverfahren aus dem Zeit- und Bildbereich, - spezifische Entwurfsmethoden für diskrete Regelungen: wie Wurzelortskurvenverfahren und digitales Betragsoptimum im z-Bereich, diskrete Zustandsregler und -beobachter, - Verfahren zur Parameter- und Zustandsschätzungin Echtzeit (wie R(E)LS-Verfahren und diskreter Fall des Kalman-Filter) z.B. für adaptive Regelungen, - Methoden des "Rapid Control Prototyping" (RCP) zur schnellen Entwicklung und experimentellen Erprobung diskreter Reglungen mithilfe von Matlab/Simulink und Echtzeitsystemen, - Methoden der "Hardware in the Loop"-Simulationen (HiL) zur Emulierung der realen Umgebung für die Evaluierung mechatronischer Komponenten, - intensive (rechnergestützte) Übungen in Kombination mit Übungen an Versuchsaufbauten, die mithilfe von Echtzeitsystemen der Fa. dSPACE direkt aus MATLAB/Simulink heraus programmiert und betrieben werden können.

Modulbestandteile

Pflichtgruppe:

Die folgenden Veranstaltungen sind für das Modul obligatorisch:

Lehrveranstaltungen Art Nummer Turnus Sprache SWS
Digitale Regelungen IV 3535 L 032 WS Deutsch 4

Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Digitale Regelungen (IV):

Aufwandbeschreibung Multiplikator Stunden Gesamt
Bearbeitung der Hausaufgaben und Präsentationen 5.0 6.0h 30.0h
Präsenzzeit 15.0 4.0h 60.0h
Prüfungsvorbereitung 1.0 30.0h 30.0h
Vor-/Nachbereitung 15.0 4.0h 60.0h
180.0h(~6 LP)
Der Aufwand des Moduls summiert sich zu 180.0 Stunden. Damit umfasst das Modul 6 Leistungspunkte.

Beschreibung der Lehr- und Lernformen

Die integrierte Lehrveranstaltung behandelt im Vorlesungsteil aufbauend auf den Grundlagen der Regelungstechnik digitale Echtzeitsysteme und Methoden für den Entwurf von diskreten Regelungen sowie von Zustands-und Parameteridentifikationsverfahren, u.a. für adaptive Regelungen. In den Übungen werden diese anhand von praxisnahen Beispielen analytisch, rechnergestützt sowie experimentell vertieft. Das Anwenden der Methoden auf konkrete Fragestellungen erfolgt interaktiv in Kleingruppen mit den Studierenden, wozu rechnergestützte Entwurfswerkzeuge wie Matlab/Simulink herangezogen und entworfene Regelungen im Rahmen von Simulationen und Experimenten an realen Versuchsaufbauten auf Basis von RCP und HiL mittels Matlab/Simulink und angekoppelter Echtzeitsysteme (dSPACE) validiert werden. Hierzu werden Übungen ausgeteilt, die von den Studierenden zunächst eigenständig als bewertete Hausaufgaben im Rahmen einer Portfolioprüfung gelöst bzw. Software-seitig implementiert werden müssen. Die bewerteten Übungen dienen als Vorbereitung für die durchzuführenden Experimente an den mechatronischen Versuchsaufbauten. In Ergänzung zu den Hausaufgaben sind Präsentationen für die Versuchsdurchführung und -nachbereitung zu erstellen und vorzustellen.

Voraussetzungen für die Teilnahme / Prüfung

Wünschenswerte Voraussetzungen für die Teilnahme an den Lehrveranstaltungen:

Kenntnisse in Matlab und Simulink (z.B. aus Engineering Tools), Grundlagen der Elektrotechnik, Messtechnik und Sensorik, Kenntnisse der numerischen Mathematik und diskreten Signalverarbeitung

Verpflichtende Voraussetzungen für die Modulprüfungsanmeldung:

1. Voraussetzung:
Modul50700 () angemeldet  oder
Modul40676 () angemeldet  oder
Modul50141 () angemeldet  oder
Modul30500 () angemeldet  oder
Modul50442 () angemeldet

Abschluss des Moduls

Benotung

benotet

Prüfungsform

Portfolioprüfung

Art der Portfolioprüfung

100 Punkte insgesamt

Sprache

Deutsch

Prüfungselemente

Name Punkte Kategorie Dauer/Umfang
Hausaufgaben zur Vorbereitung der Experimente 30 flexibel 20
Schlusstest 70 schriftlich 70

Notenschlüssel

1.01.31.72.02.32.73.03.33.74.0
95.090.085.080.075.070.065.060.055.050.0

Prüfungsbeschreibung (Abschluss des Moduls)

Semesterbegleitend werden 5 Hausaufgaben nebst Präsentationen bearbeitet, die insgesamt zu 30 Punkten führen. Der Abschlusstest umfasst 70 Punkte. Die zu erreichende Gesamtpunktezahl beträgt 100.

Dauer des Moduls

Dieses Modul kann in einem Semester abgeschlossen werden.

Maximale teilnehmende Personen

Die maximale Teilnehmerzahl beträgt 60.

Anmeldeformalitäten

Die Anmeldung findet über das ISIS-System statt.

Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform

Verfügbarkeit:  nicht verfügbar

Skript in elektronischer Form

Verfügbarkeit:  verfügbar
Zusätzliche Informationen:
https://www.isis.tu-berlin.de

Literatur

Empfohlene Literatur
Föllinger, Otto: Regelungstechnik – Einführung in die Methoden und ihre Anwendung, VDE-Verlag
Föllinger: Lineare Abtastsysteme, DeGruyter 2014.
Isermann: Identifikation dynamischer Systeme, Springer 2016
Unbehauen, H.: Regelungstechnik. Bd. 1-3. Vieweg.

Zugeordnete Studiengänge

Diese Modulversion wird auf folgenden Modullisten verwendet (alte Studiengangsabbildung):

Dieses Modul ist geeignet für die Studiengänge: Biomedizinische Technik (Master of Science) Computational Engineering Science (ITM) (Master of Science) Computational Engineering Science (ITM) (Bachelor of Science) Maschinenbau (Master of Science) Maschinenbau (Bachelor of Science) Patentingenieurwesen (Master of Science) Physikalische Ingenieurwissenschaft (Master of Science) Physikalische Ingenieurwissenschaft (Bachelor of Science) Fahrzeugtechnik (Master of Science)

Sonstiges

Keine Angabe