Modulhandbuch: Hochschule Offenburg

Medizintechnik

Die perfekte Kombination aus ingenieurtechnischen Inhalten und medizinischen Fragestellungen. Technik für den Menschen – Technik, die begeistert!

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EMI Department

Modulhandbuch

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Modellbildung und Simulation

Empfohlene Vorkenntnisse

Grundlagen der Messtechnik
Grundlagen der Regelungstechnik
Grundlagen der Informatik
Signal- und Systemtheorieroutinierter Umgang mit MATLAB
Erfahrungen in der Programmierung von MATLAB-Skripten

Die notwendigen Voraussetzungen können durch Besuch der entsprechenden Lehrveranstaltungen des Bachelor-Studiengangs Medizintechnik der Hochschule Offenburg erworben werden.

Lehrform

Vorlesung

Lernziele / Kompetenzen

Nach erfolgreichem Besuch dieses Moduls

verfügen die Studierenden über vertiefte Kenntnisse im Umgang mit MATLAB und Simulink,
sind die Studierenden in der Lage, komplexe Algorithmen in Form von MATLAB-Skripten und Simulink-Modellen umzusetzen,
kennen die Studierenden die Möglichkeiten und Grenzen von MATLAB und des darauf aufbauenden Simulationswerkzeugs Simulink,
haben die Studierenden gelernt, MATLAB und Simulink auf hohem Niveau gewinnbringend einzusetzen,
verfügen die Studierenden über fundiertes Wissen darüber, wie sich dynamische Systeme in MATLAB und Simulink realisieren und simulieren lassen,
kennen die Studierenden die wichtigsten parametrische und nichtparametrische linearen Modelle zur Beschreibung dynamischer Systeme im Zeit- und
Frequenzbereich,kennen die Studierenden die wesentlichen Vorgehensweisen und die unterschielichen Methoden der theoretischen und experimentellen Modellbildung,
können die Studierenden grundlegende physikalische Prinzipien anzuwenden, um mathematische Modelle für grundlegende mechanische, elektrische und meachtronische Systeme herleiten,
kennen die Studierenden die Vorgehensweise wie mathematische Modelle zur Simulation dynamischer Systeme mittels der
Software MATLAB (Simulink) eingesetzt werden können,
kennen die Studierenden Verfahren zur Identifikation von Regelstreckenparametern und -strukturen.

Dauer

SWS

6.0

Aufwand

Lehrveranstaltung	90h
Selbststudium / Gruppenarbeit:	150h
Workload	240h

ECTS

8.0

Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Modellbildung und Systemidentifikation: Mündliche Prüfung M (3/8)

Mumerische Simulation mit MATLAB und Simulink: Klausur K90 (5/8) (Klausurrelevant sind auch die Inhalte deszugehörigen Labore)

Labor Numerische Nimulation mit Matlab und Simulink ist unbenotet, muss aber m. E. attestiert sein.

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Harald Hoppe

Empf. Semester

1-2

Haeufigkeit

jedes Jahr (SS)

Verwendbarkeit

Master Medizintechnik

Veranstaltungen

Modellbildung und Systemidentifikation

Art	Vorlesung
Nr.	EMI2240
SWS	2.0
Lerninhalt	Die Vorlesung behandelt die Modellierung dynamischer Systeme mittels theoretischer und experimenteller Methoden. Behandelt werden u.a. folgende Themen: Einführung - Zweck der Modellbildung - Prinzipielle Möglichkeiten der Modellbildung - Begriffe: System, Dynamisches System, Modell Mathematische Modelle dynamischer Systeme - Modelle für lineare/nichtlineare, kontinuierliche/zeitdiskrete SISO/MIMO-Systeme - Linearisierung nichtlinearer Modelle Theoretische Modellbildung - Allgemeines Vorgehen - Modellierung mechanischer Systeme (Translation und Rotation in 2D) mit Newton-Ansatz und Lagrange-Formalismus - Modellierung elektrischer Systeme Experimentelle Modellbildung - Allgemeines Vorgehen - Kennwertermittlung - Fourier-Analyse - Frequenzgangmessung - Korellationsanalyse - Parameterschätzverfahren (Least-Squares-Verfahren)
Literatur	Theoretische Modellbildung [1] Franklin, Powell, Emami-Naeini,Feedback Controlof Dynamic Systems,7. Auflage, Pearson, 2014 [2] M. Glöckler, Simulation mechatronischer Systeme,Springer Verlag, 2014 [3] J. Lunze, Regelungstechnik I, Springer Verlag, 11. Auflage 2016 [4] G. R. Fowles, G. L. Cassiday, Analytical Mechanics, Brooks/Cole Publishing, 2005 Experimentelle Modellbildung [5] R. Isermann, M. Münchhof, Identification of Dynamic Systems, Springer Verlag, 2011 [6] C. Bohn, H. Unbehauen, Identifikation dynamischer Systeme, Springer Verlag, 2016

Labor MATLAB und Simulink

Art	Labor
Nr.	EMI2532
SWS	4.0
Lerninhalt	MATLAB: Programmierung von Basisklassen zur Verwaltung und Verarbeitung medizinscher Bilddaten Programmierung einer grafischen Benutzeroberfläche zur Anzeige von und Interaktion mit medizinischen Bilddaten Simulation und Auswertung von Ultraschallsignalen mit kodierter Anregung Beispiele zur Optimierung von Funktionen Differentialgleichungen Komplexe Datenstrukturen: cell arrays, structure arrays, etc. Objektorientierte Programmierung Profiler Programmierung grafischer Benutzeroberflächen mit GUIDE Control System Toolbox Signal Processing Toolbox Optimization Toolbox Simulation dynamischer Prozesse in Simulink: Fallschirmspringer Doppelpendel freie, ungedämpfte, gedämpfte und erzwungene Schwingungen Kinematik von Mehrkörpersystemen RC-Tiefpass Elektrischer Schwingkreis Drehzahlregelung Konstruktion von Block-Schaltbildern Parametrisierung von Simulink-Blöcken Variablenübergabe zwischen MATLAB und SimulinkLösung von Differentialgleichungen Lineare und nichtlineare Systeme Regelkreise Beispiele zur Simulation dynamischer Systeme
Literatur	W. D. Pietruszka: MATLAB und Simulink in der Ingenieurpraxis: Modellbildung, Berechnung und Simulation, 3. Auflage 2012, Vieweg + Teubner. O.Beucher: MATLAB und Simulink: Eine kursorientierte Einführung, 1. Auflage 2013, mitp Professional. A. Angermann, M. Beuschel, M. Rau, U. Wohlfarth: MATLAB – Simulink – Stateflow: Grundlagen, Toolboxen, Beispiele, 7. Auflage 2011, Oldenbourg Verlag. H. Scherf: Modellbildung und Simulation dynamischer Systeme: Eine Sammlung von Simulink-Beispielen, 4. Auflage 2009.