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Simulation und Modellbildung

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#40705 / #1

SS 2014 - WS 2014/15

Deutsch

Simulation und Modellbildung

12

Gühmann, Clemens

Benotet

Portfolioprüfung

Deutsch

Zugehörigkeit


Fakultät IV

Institut für Energie und Automatisierungstechnik

34311600 FG Elektronische Mess- und Diagnosetechnik

Keine Angabe

Kontakt


EN 13

Priesnitz, Joachim

clemens.guehmann@tu-berlin.de

http://www.mdt.tu-berlin.de

Lernergebnisse

Die Studierenden haben die methodische Kompetenz zur Modellierung und Simulation mechatronischer Komponenten erworben und können mit den Modellierungssprachen Simulink® und Modelica® komplexe Modelle für den Verbrennungsmotor und den Antriebsstrang entwickeln. Die Studierenden erwerben dabei Wissen über die Grundlagen der realen Arbeitsprozessrechnung von Motoren. Dabei wird auf Modellierungsansätze der Phänomene Wärmeübergang, Brennverlauf und Ladungswechsel eingegangen. Darüber hinaus sind sie in der Lage, die Simulationsergebnisse zu bewerten und auf Plausibilität zu überprüfen. Das Modul vermittelt überwiegend: Fachkompetenz 40 x Methodenkompetenz 40 x Systemkompetenz 10 x Sozialkompetenz 10 x

Lehrinhalte

Bei der Entwicklung und Optimierung von Motoren und KFZ-Antriebssträngen stellt die Simulation ein inzwischen unentbehrliches Werkzeug dar. Mit Hilfe der Simulation kann eine sichere Bewertung von Konzepten in frühen Phasen der Produktentwicklung erfolgen, so dass Fehlentwicklungen frühzeitig erkannt werden. Für Optimierungsaufgaben kann am Motormodell der Einfluss verschiedener Parameter untersucht werden und damit Zeit am Versuchsstand verkürzt, wenn auch nicht ersetzt werden. In der Vorlesung „Modellbildung und Echtzeitsimulation technischer Systeme“ werden moderne Verfahren der Modellbildung anhand kraftfahrzeugtechnischer Systeme dargestellt. Es wird dabei auf die physikalische und die datenbasierte Modellbildung eingegangen. Anschließend werden die softwaretechnischen Prinzipien der Simulation erläutert und die Einsatzmöglichkeiten der Simulation in der Software- und Funktionsentwicklung für KFZ-Steuergeräte (Hardware-in-the-Loop/Software-in-the Loop Simulation) gezeigt. Neben der Stoffvermittlung in der Vorlesung können die Studierenden in einer Gruppenarbeit im „Projekt“ eine praxisnahe Simulation zum Steuergerätetest entwickeln. Im Seminar werden aktuelle Forschungsthemen aus dem Bereich der Simulation und Modellbildung behandelt. In dem Praktikum Modellbildung und Steuergeräteoptimierung in der Automobilelektronik steht die Anwendung von Modellen im Optimierungsprozess von Kfz-Steuergeräten im Vordergrund. Dazu wird beispielhaft der Prozess einer modellbasierten Applikation (Kalibrierung) eines Dieselmotors durchgeführt. Die dafür nötigen Modelle lassen sich aus Messplänen ableiten, die mit Hilfe der Statistischen Versuchsplanung (DoE) erstellt werden. Es wird sowohl auf die Testplanung, Modellbildung und Optimierung eingegangen als auch auf die Ansteuerung und Regelung von Motorkomponenten an einem Hardware-in-the-Loop-Simulationssystem. Die integrierte Veranstaltung Motorprozesssimulation dient zur Vertiefung der in der Vorlesungen Modellbildung und Echtzeitsimulation erworbenen Kenntnisse auf dem Gebiet der Motorprozesssimulation. Ziel ist es, mit Hilfe eines Modells eines Zylinders innermotorische, thermodynamische Vorgänge näher zu untersuchen. Dazu muss unter Matlab®/Simulink® ein Zylindermodell erstellt, korrekt bedatet und getestet werden. Es wird eine kurze Einführung in Matlab®/Simulink® gegeben. Anschließend werden auf Basis eines Gesamtmodells eines aufgeladenen Dieselmotors Parametervariationen zum dynamischen Betrieb vorgenommen und ausgewertet.

Modulbestandteile

Pflichtbereich

Die folgenden Veranstaltungen sind für das Modul obligatorisch:

LehrveranstaltungenArtNummerTurnusSpracheSWS ISIS VVZ
Modellbildung und Simulation technischer SystemeVLWiSeKeine Angabe2
MotorprozesssimulationIVSoSeKeine Angabe4

Wahlpflichtbereich

Aus den folgenden Veranstaltungen muss eine Veranstaltung abgeschlossen werden.

LehrveranstaltungenArtNummerTurnusSpracheSWS ISIS VVZ
Kleines Projekt Simulation und TDPJWiSe/SoSeKeine Angabe2
Modellbildung und Steuergeräteoptimierung in der AutomobilelektronikPR0430 L 322WiSede2
Seminar Mess- und DiagnosetechnikSEM0430 L 652WiSe/SoSeKeine Angabe2
ISIS-Kurssuche nach Veranstaltungen des Moduls

Arbeitsaufwand und Leistungspunkte

Kleines Projekt Simulation und TD (PJ):

AufwandbeschreibungMultiplikatorStundenGesamt
Dokumentation1.010.0h10.0h
Durchführung/Bearbeitung1.060.0h60.0h
Planung1.010.0h10.0h
Präsentation (inkl. Vorbereitung)1.010.0h10.0h
90.0h(~3 LP)

Modellbildung und Simulation technischer Systeme (VL):

AufwandbeschreibungMultiplikatorStundenGesamt
Präsenzzeit15.02.0h30.0h
Vor-/Nachbereitung15.04.0h60.0h
90.0h(~3 LP)

Modellbildung und Steuergeräteoptimierung in der Automobilelektronik (PR):

AufwandbeschreibungMultiplikatorStundenGesamt
Präsenzzeit2.08.0h16.0h
Vorbereitung Prüfung1.010.0h10.0h
Vor- und Nachbereitung Termine4.016.0h64.0h
90.0h(~3 LP)

Motorprozesssimulation (IV):

AufwandbeschreibungMultiplikatorStundenGesamt
Präsenzzeit15.04.0h60.0h
Vor-/Nachbereitung15.08.0h120.0h
180.0h(~6 LP)

Seminar Mess- und Diagnosetechnik (SEM):

AufwandbeschreibungMultiplikatorStundenGesamt
Literaturrecherche1.030.0h30.0h
Präsenzzeit7.02.0h14.0h
schriftliche Ausarbeitung 1.036.0h36.0h
Vortragsausarbeitung1.010.0h10.0h
90.0h(~3 LP)
Der Aufwand des Moduls summiert sich zu 360.0 Stunden. Damit umfasst das Modul 12 Leistungspunkte.

Beschreibung der Lehr- und Lernformen

- Vorlesungen (VL): Frontalvortrag - Praktikum (PR): eigenständige Bearbeitung von Aufgaben - Integrierten Veranstaltung (IV): Frontalunterricht zur Vermittlung von physikalisch- technischem Wissen zu Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere der Modellierung der internen Prozesse, Übungen: Festigung , Vertiefung und Anwendung des Vorlesungsstoffs durch Arbeiten am Rechner, Hausaufgaben: Als Einzel- und Gruppenarbeit. - Projekt (PJ): selbständige Lösung eines technischen Problems in Gruppenarbeit - Seminar (SE): Literaturstudium mit anschließender Ausarbeitung eines Vortrags inklusive einer Zusammenfassung in Form eines Papers, aktive Beteiligung im Seminar. Die Vorträge und die schriftliche Zusammenfassung sind auf Deutsch oder auf Englisch.

Voraussetzungen für die Teilnahme / Prüfung

Wünschenswerte Voraussetzungen für die Teilnahme an den Lehrveranstaltungen:

Grundkenntnisse in Simulink®/Matlab®

Verpflichtende Voraussetzungen für die Modulprüfungsanmeldung:

Dieses Modul hat keine Prüfungsvoraussetzungen.

Abschluss des Moduls

Benotung

Benotet

Prüfungsform

Portfolioprüfung

Art der Portfolioprüfung

Keine Angabe

Sprache(n)

Deutsch

Prüfungselemente

NamePunkte/GewichtKategorieDauer/Umfang
IV Motorprozesssimulation - mündliche Rücksprache17Keine AngabeKeine Angabe
IV Motorprozesssimulation - Übungsaufgaben8Keine AngabeKeine Angabe
PJ Modellbildung und TD - Dokumentation13Keine AngabeKeine Angabe
PJ Modellbildung und TD - entwickelte Hardware/Software10Keine AngabeKeine Angabe
PJ Modellbildung und TD - Vortrag2Keine AngabeKeine Angabe
PR Modellbildung und Steuergeräteoptimierung - 4 Protokolle20Keine AngabeKeine Angabe
PR Modellbildung und Steuergeräteoptimierung - schriftlicher Test5Keine AngabeKeine Angabe
SE - schriflichte Ausarbeitung20Keine AngabeKeine Angabe
SE - Vortrag5Keine AngabeKeine Angabe
VL Modellbildung25Keine AngabeKeine Angabe

Notenschlüssel

Keine Angabe

Prüfungsbeschreibung (Abschluss des Moduls)

--- Die Vorlesung wird mit einem schriftlichen Test geprüft. --- Zum erfolgreichen Bestehen des Praktikums ist eine regelmäßige Teilnahme an den Besprechungsterminen erforderlich und es müssen Übungsaufgaben gelöst werden. Jedes Aufgabenblatt wird benotet. Nach Ende des Praktikums findet eine mündliche Rücksprache in der Laborgruppe statt. Die Note für das Praktikum setzt sich wie folgt zusammen: - Mittelwert der Protokollnoten - 80 % - Note der mündlichen Rücksprache - 20 % --- Das Projekt wird durch die Bewertung - Qualität der Dokumentation - 30 % - Qualität des Ergebnisses - 30 % - Projektplanung und -bearbeitung - 30 % - Abschlusspräsentation - 10 % benotet. --- Die Integrierte Veranstaltung wird durch die Bewertung von Übungsaufgaben (8 PP) und einer Abschlussbesprechung (17 PP) geprüft. --- Das Seminar wird durch die Bewertung der schriftlichen Ausarbeitung (20 PP) und durch den Vortrag (5 PP) bewertet.

Dauer des Moduls

Für Belegung und Abschluss des Moduls ist folgende Semesteranzahl veranschlagt:
2 Semester.

Dieses Modul kann in folgenden Semestern begonnen werden:
Winter- und Sommersemester.

Maximale teilnehmende Personen

Die maximale Teilnehmerzahl beträgt 32.

Anmeldeformalitäten

Die Anmeldung zum Praktikum „Modellbildung und Steuergeräteoptimierung in der Automobilelektronik“ erfolgt im Sekretariat EN 538. Siehe http://www.mdt.tu-berlin.de. Die Anmeldung zur IV Motorprozesssimulation erfolgt in der ersten Vorlesung. Die Einteilung in Arbeitsgruppen der IV zur Bearbeitung der Hausaufgaben erfolgt in der ersten Übung zur IV. Die Anmeldeformalitäten für die Portfolioprüfung werden in der ersten Vorlesung der betreffenden Veranstaltung bekannt gegeben.

Literaturhinweise, Skripte

Skript in Papierform

Verfügbarkeit:  nicht verfügbar

 

Skript in elektronischer Form

Verfügbarkeit:  nicht verfügbar

 

Literatur

Empfohlene Literatur
Angermann, A.; Beuschel, M.; Rau, M.; Wohlfart h, U.: Matlab-Simulink-Stateflow. Oldenbourg-Verlag 2003
Bothe,H.-H. (1998): Neuro-Fuzzy-Met hoden. Einführung in Theorie und Praxis
Bothe,H.-H. (1998): Neuro-Fuzzy-Met hoden. Einführung in Theorie und Praxis
Brause; R: Neuronale Netze Stuttgart, Teubner
Cellier, F., E.: Continous System Simulation. Springer, 2006
Gipser, M.: Systemdynamik und Simulation. B. G. Teubner Stuttgart – Leipzig 1999
Janczak, A.: Identification of Nonlinear Sy stems Using Neural Networks and Polynomial Models. Springer Berlin
Korbicz, J.; Koscielny, J.M.; Kowalczuk, Z.; C holewa, W. (Eds.) (2004): Fault Diagnosis. Models,
Lunze, Jan: Automatisierungstechnik. Methoden für die Überwachung und Steuerung kontinuierlicher und ereiginsdiskreter Systems. Oldenbourg Verlag 2008
Merker, Schwarz, Stiesch, O tto: Verbrennungsmotoren Simulation der Verbrennung und Schadstofbil- dung, überarb. und akt. Auflage, Teubner, 2006
Nelles, Oliver: Nonlinear Syst em Identification From Classical Ap proaches to Neural Networks and Fuzzy Models. Springer Verlag GmbH & Co., Berlin
Otter, M., und andere: Objektorientierte Modellierung Physikalischer Systeme Aufsatzreihe in Automati- sierungstechnik (AT) Teil 1 - 17, at 1999- at 12/2000
Pischinger, Klell, Sams: Thermodynamik der Verb rennungskraftmaschine, Reihe: Der Fahrzeugantrieb, überarb. Auflage, Springer Wien New York, 2002
Röpke, K.; et al.: DoE – Design of Experiments. Verlag Moderne Industrie 2005
Tiller, M: Introduction to Physical Modelling wi th Modelica. Kluwer Academic Publishers (2001)
Unbehauen, H.: Regelungstechnik I. Klassische Ve rfahren zur Analyse und Synthese linearer kontinu- ierlicher Systeme. Vieweg Verlag
Zirn, O.: Modellbildung und Simulation me chatronischer Systeme. Expert Verlag 2002

Zugeordnete Studiengänge


Diese Modulversion wird in folgenden Studiengängen verwendet:

Studiengang / StuPOStuPOsVerwendungenErste VerwendungLetzte Verwendung
Dieses Modul findet in keinem Studiengang Verwendung.

Studierende anderer Studiengänge können dieses Modul ohne Kapazitätsprüfung belegen.

Master Technische Informatik (Studienschwerpunkt Technische Anwendungen)

Sonstiges

Keine Angabe