Mechatronik und Autonome Systeme

Modulhandbuch

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Mechatronik und autonome Systeme (MKA)

PO-Version [  20202  ]

Bachelorarbeit

Lehrform Wissenschaftl. Arbeit/Sem
Dauer 1
SWS 2.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 30 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 390 h
Workload 420 h
ECTS 14.0
Haeufigkeit jedes Semester
Veranstaltungen

Bachelor-Thesis

Art Wissenschaftl. Arbeit
Nr. EMI341
SWS
Lerninhalt

Individuelle Themenstellung wird in vorgegebener Zeit selbständig bearbeitet und dokumentiert.

Literatur

Wird von den Betreuern vorgegeben

Kolloquium

Art Wissenschaftl. Arbeit
Nr. EMI342
SWS 2.0
Lerninhalt

Die Teilnahme an mindestens 8 Fachvorträgen über andere Bachelor-Arbeiten der selben Fakultät muss vor der Anmeldung der eigenen Arbeit nachgeweisen werden.

Am Ende der Bearbeitungszeit der Bachelor-Thesis folgt ein öffentlicher Fachvortrag im Umfang von 15-20 Minuten über die eigene Arbeit und deren Randbedingungen.

 

Literatur

Wird von den Betreuern vorgegeben

Betriebliche Organisation

Empfohlene Vorkenntnisse

Frühestens im 5. Semester. Nach drei Semestern müssen mindestens 75 Creditpunkte oder zum Ende des dem Praktischen Studiensemester unmittelbar vorangehenden Semesters mindestens 90 Creditpunkte erbracht sein. Eine den Vorschriften entsprechende Praxisstelle muss zur Genehmigung vorgelegt werden.

Lehrform Vorlesung/Seminar
Lernziele / Kompetenzen

Dieses Modul hat ein klares übergeordnetes Lernziel:
Bereitstellung von theoretischem Wissen und Verknüpfung desselben mit dem Betriebspraktikum, um dieses als integralen Teil des Studiums in den Studienablauf einzubetten. Die Studierenden erwerben damit die Kompetenz, die betrieblichen Abläufen zugrunde liegenden Strukturen zu erkennen und vor diesem Hintergrund ihr eigenes Handeln im Betrieb reflektieren zu können.

Hierzu gehören im einzelnen eine Vermittlung einer breiten betriebswirtschaftlichen Wissensbasis, um betriebliche Probleme in ihrem spezifisch ökonomischen Wesen zu begreifen und ein Kennen lernen der vielfältigen Beziehungen und Zusammenhänge zwischen den betrieblichen Teilbereichen.
Kommunikationsfähigkeit der Studierenden ist ein zweites Ziel, um überhaupt im betrieblichen Umfeld agieren zu können.

Dauer 2
SWS 6.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 90 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 150 h
Workload 240 h
ECTS 6.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Referat, Klausur K60 und entsprechend Wahlpflichtfachliste

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Werner Reich

Haeufigkeit jedes Semester
Verwendbarkeit

MK-plus

Veranstaltungen

Kommunikation und Interaktion in Unternehmen

Art Seminar
Nr. EMI323
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Wahrnehmung als Grundlage der Kommunikation
  • Nonverbale und verbale Kommunikation, Ebenen der Interaktion
  • Selbstbild und Fremdbild: die Wirkung des eigenen Verhaltens kennenlernen
  • Einführung in die Transaktionsanalyse
  • Übungen zur Transaktionsanalyse: Analyse des individuellenGesprächsverhalten, erkennen und verstehen der Verhaltensweisen anderer
  • Charakteristisches Kommunikationsverhalten: Das Struktogramm
  • Konkrete Gesprächsstrategien: Ursachen und Wirkungen
  • Anwendung der Kommunikationsstrategien in schwierigen Gesprächssituationen
  • Erarbeiten und praktische Erprobung von Konfliktlösungsstrategien und Fragetechniken
  • Feedback auf das eigene Redeverhalten
  • Übungen für ein Assessment-Center
Literatur

Schulz von Thun, Miteinander reden, Band 1-3, Rowohlt, 1981

Betriebswirtschaftslehre

Art Vorlesung
Nr. EMI845
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Grundlagen der Betriebswirtschaftslehre
  • Unternehmensführung/Management
  • Informationswirtschaft (Externes und internes Rechnungswesen)
  • Finanzierung und Investition
  • Personalwirtschaft
  • Materialwirtschaft
  • Produktionswirtschaft
  • Absatzwirtschaft/Marketing
Literatur

Vahs, D., Schäfer-Kunz, J., Einführung in die Betriebwirtschaftslehre, 5. Auflage, Stuttgart, Schäffer-Poeschel-Verlag, 2007

Seminar Projektmanagement

Art Seminar
Nr. EMI846
SWS 2.0
Lerninhalt

Im Rahmen des Seminars Projektmanagement wird eine praxisorientierte Einführung in die Methoden und Vorgehensweisen des modernen Projektmanagements gegeben.
Das Seminar umfasst im Einzelnen folgende Inhaltspunkte:

Projektmanagement:

  • Definitionen
  • Richtlinien, Nutzen Projektmanagement und Projekt Definitionen nach DIN; Determinanten des Projektmanagement-Erfolgs; Das "Magische Dreieck" des Projektmanagements.
  • Projektorganisationsformen, Reine Projektorganisation, Projektkoordination, Matrix-Organisation – Projektlebenszyklus, Projektdefinition 

Projektplanung:

  • Kick-off, Erstellen eines Projektstrukturplans(PSP); Verfahren der Aufwandsschätzung;
  • Termin- und Ablaufplanung (Gantt-Chart, Meilensteinplan; Netzplantechnik),
  • Ressourcen- und Kostenplanung; Risikomanagement; Praxisanleitung zur Projektplanung.

Projektabwicklung/ -controlling:

  • Projektabwicklung, Qualitäts- und Config.-Management);
  • Techniken zur Erfassung zukunftsbezogener IST-Daten;
  • Datenauswertung (Soll-Ist Vergleich);
  • Earned-Value Analyse (EVA); Meilenstein Trend Analyse (MTA));
  • Definieren von Steuerungsmaßnahmen. – Projektabschluss:
  • Produktabnahme; Projektabschlussbericht mit
  • Abschlussanalyse; Projektabschluss-Meeting (Kick-Out); Feedback zum Projekt.
  • Kosten des Projektmanagements

Diverse Themen des Projektmanagements:

  • Einführung in MS Projects - praktische Übung im Team -Arbeitstechniken zur Unterstützung von Projektmanagement: Kreativitätstechniken;
  • Problemlösungstechniken; Kommunikationstechniken;
  • Verhalten und Steuern von Besprechungen (Videopräsentation). -Abschlussdiskussion – Feedback der Seminarteilnehmer
Literatur
  • Burghardt, M., Einführung in Projektmanagement, 4. Auflage, Erlangen, Publicis MCD Verlag, 2002
  • Haynes, M., Projektmanagement, 3. Auflage, Menlo Park, Calif., Crisp Learning, 2002
  • Wischnewski, E., Projektmanagement auf einen Blick, Braunschweig, Wiesbaden, Vieweg, 1993

Betriebliche Praxis

Lehrform Praktikum
Lernziele / Kompetenzen

Dieses Modul hat ein klares übergeordnetes Lernziel:
Bereitstellung von theoretischem Wissen und Verknüpfung desselben mit dem Betriebspraktikum, um dieses als integralen Teil des Studiums in den Studienablauf einzubetten. Die Studierenden erwerben damit die Kompetenz, die betrieblichen Abläufen zugrunde liegenden Strukturen zu erkennen und vor diesem Hintergrund ihr eigenes Handeln im Betrieb reflektieren zu können.
Herzu gehören im einzelnen eine Vermittlung einer breiten betriebswirtschaftlichen Wissensbasis, um betriebliche Probleme in ihrem spezifisch ökonomischen Wesen zu begreifen und ein Kennen lernen der vielfältigen Beziehungen und Zusammenhänge zwischen den betrieblichen Teilbereichen.
Kommunikationsfähigkeit der Studierenden ist ein zweites Ziel, um überhaupt im betrieblichen Umfeld agieren zu können.

Dauer 1
Aufwand
Lehrveranstaltung 0 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 840 h
Workload 840 h
ECTS 28.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

BE

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Werner Reich

Haeufigkeit jedes Semester
Veranstaltungen

Betriebspraktikum

Art Praktikum
Nr. EMI322
SWS
Lerninhalt

Das Ziel des Betriebspraktikums ist, durch Tätigkeiten in einschlägigen Betrieben das gewählte Berufsfeld soweit kennen zu lernen, dass eine sinnvolle Schwerpunktbildung und Auswahl von Fächern nach eigener Neigung für die Studierenden möglich wird.

Literatur

Wird im Praktikumsbetrieb bekannt gegeben

Elektrische Antriebe I

Lehrform Vorlesung
Lernziele / Kompetenzen

Die Teilnehmer lernen die Funktionsweise der wichtigsten leistungselektronischen Stellglieder zum Betreiben elektrischer Maschinen sowie die grundlegenden Eigenschaften einiger bedeutender elektrischer Maschinen selbst kennen. Die spezifischen Eigenschaften der den leistungselektronischen Stellgliedern zugrundeliegenden Leistungshalbleiterbauelemente werden überblickt. Die Teilnehmer eignen sich außerdem die Fähigkeit zur Beurteilung, welche Applikationen mit welchen Antriebskomponenten auszurüsten sind und mit welchen Schwierigkeiten dabei zu rechnen ist, an.

Dauer 1
SWS 6.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 90 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 120 h
Workload 210 h
ECTS 7.0
Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. habil. Uwe Nuß

Haeufigkeit jedes Jahr (SS)
Veranstaltungen

Leistungselektronik

Art Vorlesung
Nr. EMI850
SWS 4.0
Lerninhalt

Die LV gliedert sich folgendermaßen:

  • Aufgaben der Leistungselektronik
  • Bauelemente der Leistungselektronik
  • Wechselstrom- und Drehstromsteller
  • Netzgeführte Stromrichter
  • Selbstgeführte Stromrichter
  • Umrichter
  • Verfahren zur Ansteuerung von Stromrichtern

 

Literatur
  • Jäger, R., Stein, E.: Leistungselektronik, VDE-Verlag, Berlin, Offenbach, 2011
  • Schröder, D.: Leistungselektronische Schaltungen, 3. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2012
  • Specovius, J.: Grundkurs Leistungselektronik, 8. Auflage, Wiesbaden, Vieweg Verlag, 2017
  • Hagmann, G.: Leistungselektronik, 6. Auflage, Wiebelsheim, AULA-Verlag, 2019

Elektrische Antriebe 1

Art Vorlesung
Nr. EMI827
SWS 2.0
Lerninhalt

Physikalische Grundlagen von elektrischen Maschinen

Aufbau, Funktionsweise und Betriebsverhalten verschiedener Gleichstrommaschinen

  • Permanentmagneterregt
  • Fremderregt
  • Reihenschluss
  • Nebenschluss

Aufbau, Funktionsweise und Betriebsverhalten von Synchronmaschinen

  • Netzbetrieb
  • Betrieb am Frequenzumrichter

Aufbau, Funktionsweise und Betriebsverhalten von Asynchronmaschinen

  • Netzbetrieb
  • Betrieb am Frequenzumrichter
  • Thermik und Schutz von elektrischen Maschinen
Literatur
  • Schröder, D., Elektrische Antriebe - Grundlagen, 6. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2017
  • Fischer, R., Elektrische Maschinen, 16. Auflage, München, Wien, Hanser Verlag, 2017

Elektrische Antriebe II

Empfohlene Vorkenntnisse

Elektrische Antiebe I, Grundkenntnisse im Bereich der Leistungselektronik und in der Funktionsweise elektrischer Maschinen

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

Die Teilnehmer*innen lernen die Wirkungsweise der am weitesten verbreiteten elektrischen Antriebe kennen. Sie beherrschen am Ende die wichtigsten formelmäßigen Zusammenhänge zwischen Strömen, Spannungen, Drehmoment und Drehzahl der betrachteten Antriebe und können die Antriebe grob auslegen. Die Teilnehmer*innen verschaffen sich außerdem einen Überblick über die feldorientierte Regelung elektrischer Antriebe. Im Labor machen sich die Teilnehmer*innen mit dem Umgang mit verschiedenen elektrischen Antrieben und mit ihrem Betriebsverhalten, insbesondere bei Stromrichterspeisung, vertraut.

Dauer 1
SWS 4.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 60 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90 h
Workload 150 h
ECTS 5.0
Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Uwe Nuß

Haeufigkeit jedes Jahr (SS)
Veranstaltungen

Elektrische Antriebe 2

Art Vorlesung
Nr. EMI851
SWS 2.0
Lerninhalt

Die Lehrveranstaltung gliedert sich folgendermaßen:

  • Komponenten elektrischer Antriebe
  • Aufbau und Wicklungen von Drehstrommaschinen
  • Raumzeigertheorie
  • Stationäres mathematisches Modell und Betriebskennlinien der Asynchronmaschine im Grunddrehzahl- und Feldschwächbereich
  • Ausführungsformen und Regelungsstruktur stromrichtergespeister Antriebe mit Asynchronmaschinen
  • Verfeinertes stationäres mathematisches Modell der permanentmagneterregten Synchronmaschine
  • Regelungsstruktur stromrichtergespeister Antriebe mit permanentmagneterregten Synchronmaschinen
Literatur
  • Schröder, D.: Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen, 4. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2015
  • Fischer, R.: Elektrische Maschinen, 17. Auflage, München, Wien, Hanser Verlag, 2017

 

Labor Elektrische Antriebe und Leistungselektronik

Art Labor
Nr. EMI852
SWS 2.0
Lerninhalt

Die Lehrveranstaltung gliedert sich folgendermaßen:

  • Versuche zur Gleichstrommaschine
  • Versuche zu Thyristoren und netzgeführten Stromrichtern
  • Versuche zu selbstgeführten Stromrichtern
  • Versuche zu netzgespeisten Asynchronmaschinen
  • Versuche zu frequenzumrichtergespeisten Asynchronmaschinen
  • Versuche zu frequenzumrichtergespeisten permanentmagneterregten Synchronmaschinen
Literatur

Fischer, R.: Elektrische Maschinen, 17. Auflage, München, Wien, Hanser Verlag, 2017

Embedded Systems

Empfohlene Vorkenntnisse

Ingenieur-Informatik

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

Der Studierenden beherrschen den Umgang mit Mikroprozessoren und Mikrocontrollern, verstehen den Einsatz von Assemblerprogrammierung, können Assembler in Hochsprachen einbinden und gehen strukturiert vor. Sie können eigene Embedded Systems aufbauen.

Dauer 1
SWS 4.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 60 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90 h
Workload 150 h
ECTS 5.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Klausur K90, Laborarbeit

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Daniel Fischer

Haeufigkeit jedes Jahr (WS)
Verwendbarkeit

Bachelor MK, Hauptstudium
Bachelor MK-plus, Hauptstudium
Bachelor EI, Hauptstudium
Bachelor EI-plus, Hauptstudium
Bachelor EI-3nat, Hauptstudium

Veranstaltungen

Embedded Systems 1

Art Vorlesung
Nr. EMI833
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Einführung in Embedded Systems (ES)
  • Interfaces von ES
  • Datendarstellung
  • Architektur und Programmierung von ES
  • Befehle und Kontrollstrukturen in Assembler
  • Funktionen in Assembler
  • Optimierung in Assembler
  • Exceptions und Interrupts
  • Programmierung von Interrupts in C und der NVIC
  • Timerinterrupts in C
  • Hardwarenahe Programmierung in C und Assembler
  • Mischung C und Assembler
  • Speichermanagement
Literatur
  • Joseph Yiu: The Definitive Guide to ARM© Cortex®-M3 and Cortex®-M4 Processors, Third Edition, Elsevier, 2013
  • Yifeng Zhu: Embedded Systems with ARM© Cortex-M Microcontroller in Assembly Language and C, Third Edition, E-Man Press, 2017

Labor Embedded Systems 1

Art Labor
Nr. EMI834
SWS 2.0
Lerninhalt

Sechs Laborversuche mit einem Cortex-M3 Evaluationsboard.

  • Assembler 1: Grundlegende Befehle, Konfiguration der GPIOs, Abfragen von Tasten, Ausgabe auf LEDs
  • Assembler 2: Implementierung eines Lauflichts und eines rekursiven Bubblesorts
  • C 1: Implementierung einer Druckbehälteranzeige – Bestimmung von Software-Metriken
  • C 2: Implementierung einer Stoppuhr mit Timerinterrupts
  • C 3: Implementierung einer Motorsteuerung unter Verwendung eines Watchdogs
  • C 4: Implementierung einer funkbasierten und verschlüsselten Verbindung (nRF24) – Dokumentation mit doxygen/GraphViz
Literatur
  • Joseph Yiu: The Definitive Guide to ARM© Cortex®-M3 and Cortex®-M4 Processors, Third Edition, Elsevier, 2013
  • Yifeng Zhu: Embedded Systems with ARM© Cortex-M Microcontroller in Assembly Language and C, Third Edition, E-Man Press, 2017

Maschinenkonstruktionslehre

Empfohlene Vorkenntnisse

Technische Mechanik I und II sowie Mathematik I

Lehrform Vorlesung/Übung
Lernziele / Kompetenzen

Die Wirkungsweise der behandelten Maschinenelemente soll verstanden werden und ihre Beanspruchungen sollen bekannt sein. Aufgrund dieses Wissens sollen die Maschinenelemente dimensioniert und günstig gestaltet werden können. Die zugehörigen Festigkeitsnachweise sollen unter Beachtung einschlägiger Normen durchgeführt und dokumentiert werden können. Der Einfluss der Bauteile auf die Dynamik eines Antriebsstranges muss abgeschätzt werden können. Zudem sind die Studierenden in der Lage, die an ausgewählten Maschinenelementen betrachteten Auslegungskonzepte prinzipiell auf andere Maschinenelemente zu übertragen.

Dauer 1
SWS 4.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 60 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90 h
Workload 150 h
ECTS 5.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

K90 Klausur und Hausarbeit

Die Hausarbeit wird als freiwillige Prüfungsleistung benotet und kann bis zu 20 % auf die Klausurnote angerechnet werden.

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Bernd Waltersberger

Haeufigkeit jedes Jahr (SS)
Veranstaltungen

Maschinenelemente/Konstruktionslehre

Art Vorlesung/Übung
Nr. M+V608
SWS 4.0
Lerninhalt

A) Einführung in das Methodische Konsturieren (Ideenfindung, Konstruktionsprinzipien, Gestaltungsregeln, Klärung des Begriffs "Funktion" in der Konstruktionslehre)

B) Einführung in die Praktische Festigkeitslehre (Dauerschwingversuch, Wöhlerlinie, Dauerfestigkeitsschaubilder, Theorie des allgemeinen Verspannungszustands, Invarianten des Spannungstensors, VersagenshypothesenFestigkeitsnachweise nach DIN 743)

C) Betrachtung ausgewählter grundlegender Maschinenelememente: Z.B. Achsen, Wellen, Lager, Bewegungsschrauben, Federn. Dabei mit besonderem Blick auf Berechnungsansätze, die für weitere Maschinenelemente grundsätzliche Bedeutung habe (Dimensionierung, Funktionsnachweise, Festigkeitsnachweise)

  • Diskussion allgemeiner und übergreifender Regeln des Funktionsnachweises bei ausgewählten Maschinenelementen
  • Diskussion allgemeiner und übergreifender Regeln des Festigkeitsnachweises bei bei ausgewählten Maschinenelementen
  • Diskussion von abstrakten Modellierungsansätzen für ausgewählte Maschinenelemente für die Verwendung in Mechatronischen Simulationen

 

 

Literatur

Begleitunterlagen der Veranstaltung

Zur Ergänzung empfohlen:

Roloff, Matek, Maschinenelemente, 2003
Niemann, Winter, Höhn, Maschinenelemente, 2005
Labisch, Technisches Zeichnen, Springer Vieweg 2017
DIN 743

 

 

 

Mechatronische Systeme I

Lehrform Vorlesung
Lernziele / Kompetenzen

Die Studierenden lernen die grundlegenden Eigenschaften und Komponenten mechatronischer Systeme kennen. Sie kennen das Vorgehen für die systematische und teamorientierte Entwicklung mechatronischer Systeme. Sie verstehen den Aufbau und die Interaktion von Aktoren, Sensoren und Elementen der Steuerung und Informationsverarbeitung.
Die Studierenden lernen die grundlegenden Komponenten aus Mechanik, Elektrotechnik und Informationstechnik kennen und können diese anhand von Fallbeispielen mathematisch beschreiben.
Sie erkennen die Zusammenhänge von digitalen Entwurfs- und Entwicklungsprozessen mit dem realen System. Die Studierenden beherrschen Verfahren zur Modellierung und der Simulation einfacher Systeme und kennen eine Auswahl der hierfür einzusetzenden Modellierungswerkzeuge.

Dauer 1
SWS 4.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 120 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 120 h
Workload 240 h
ECTS 5.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

K90

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Stefan Hensel

Haeufigkeit jedes Jahr (WS)
Veranstaltungen

Simulation mechatronischer Systeme

Art Vorlesung
Nr. EMI350
SWS 2.0
Lerninhalt

Modellbildung

  • Systembegriff
  • Verfahren der Modellbildung
    • Theoretische Modellbildung
    • Allgemeine Systeme
    • Klassifizierung dynamischer Systeme

Vorgehensweise bei der Simulation

  • Numerische Integration
  • Simulationssysteme
    • Matlab/Simulink
    • Gazebo

Ausgewählte Beispiele zur Simulation mechatronischer Systeme

 

 

Literatur

Glöckler, Simulation mechatronischer Systeme, Wiesbaden, Springer, 2014

Scherf, Modellbildung und Simulation dynamischer Systeme: Eine Sammlung von Simulink-Beispielen, Oldenburg, 2009

Grundlagen mechatronischer Systeme

Art Vorlesung
Nr. EMI349
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Begriffsbestimmung der Mechatronik
  • Entwicklungsprozess mechatronischer Systeme
    • V-Modell
    • Schnittstellenproblematik
    • Zuverlässigkeit mechatronischer Systeme
  • Bauteile mechatronischer Systeme:
    • Mechanisch
    • Elektrisch
    • Fluidisch / thermodynamisch
  • Modellbildung in der Mechatronik:
    • Theoretische Modellbildung
    • Parameteridentifikation
  • Kinematik mobiler Systeme
  • Sensoren mechatronischer Systeme
    • Eigenschaften von Sensorsystemen
    • Physikalische Effekte
    • Beschleunigungssensoren
    • Drehratensensoren
    • MEMS Sensorik
  • Prozessdatenverabreitung mechatronischer Systeme
    • Signal- und Datenverarbeitung
      • Kleinster Quadrate Schätzer
      • Kartierung
  • Ausgewählte Beispiele mechatronischer Systeme

 

Literatur

Roddeck, W., Einführung in die Mechatronik, Springer-Vieweg, 2012

Heimann, B., Mechatronik: Komponenten - Methoden - Beispiele, München, Wien, Hanser-Verlag, 2006

Siegwart, R., Introduction to Autonomous Mobile Robots, Cambridge, MIT Press, 2011

Mechatronische Systeme II

Empfohlene Vorkenntnisse

Technische Mechanik I und II sowie Mathematik I

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

Die Studierenden lernen die grundlegenden Eigenschaften und Komponenten mechatronischer Systeme kennen. Sie kennen das Vorgehen für die systematische und teamorientierte Entwicklung mechatronischer Systeme. Sie verstehen den Aufbau und die Interaktion von Aktoren, Sensoren und Elementen der Steuerung und Informationsverarbeitung.
Die Studierenden lernen die grundlegenden Komponenten aus Mechanik, Elektrotechnik und Informationstechnik kennen und können diese anhand von Fallbeispielen mathematisch beschreiben.
Sie erkennen die Zusammenhänge von digitalen Entwurfs- und Entwicklungsprozessen mit dem realen System. Die Studierenden beherrschen Verfahren zur Modellierung und der Simulation einfacher Systeme und kennen eine Auswahl der hierfür einzusetzenden Modellierungswerkzeuge.

Dauer 1
SWS 8.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 120 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 120 h
Workload 240 h
ECTS 8.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

K60, K60 und Labor

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Stefan Hensel

Haeufigkeit jedes Jahr (WS)
Verwendbarkeit

Bachelor MK - Hauptstudium

Veranstaltungen

Grundlagen autonomer Systeme

Art Vorlesung
Nr. EMI354
SWS 2.0
Lerninhalt

Die LV gliedert sich folgendermaßen:

Einführung

  • Geschichte Autonomer Systeme
  • Autonomiestufen

Wahrnehmen

  • Sensorik und einfache Filter
  • Geometrische Transformationen
  • Aufbau eines Modells 

Entscheiden

  • Entscheidungsarchitekturen
  • Algorithmen zur automatisierten
    Entscheidungsfindung

Handeln

  • Behaviors/Manöver
  • Behavior morphing
  • Lernen von Behaviors 

Anwendungsbeispiele

  • Fußballroboter
  • Autonomes Fahren

Was dürfen autonome Systeme?

 

Literatur

Autonome Systeme sind ein sehr aktuelles Gebiet der Forschung. Aktuelle Literatur findet sich vor allem in den Proceedings einschlägiger Konferenzen wie der Intelligent Autonomous Systems (IAS), dem RoboCup Symposium, oder der Autonomous Agents and Multi-Agent Systems (AAMAS) Konferenz. Fachbücher zu einzelnen Aspekten sind z.B.

  • Pratihar and Jain (2010) Intelligent Autonomous Systems - Foundations and Applications, Springer.
  • Wooldridge (2009) An Introduction to MultiAgent Systems, Wiley.

 

Kommunikationsnetze

Art Vorlesung
Nr. EMI816
SWS 2.0
Lerninhalt

Kommunikationsmodelle

ISO/OSI- und TCP/IP-Referenzmodell

Sicherungsschicht

  • Rahmenbildung
  • Fehlerkorrektur und Fehlererkennung
  • Mehrfachzugriffsprotokolle für drahtgebundene und drahtlose Netzwerke

Vermittlungsschicht

  • Kopplung von Netzwerken
  • Routing im Internet
  • IPv4 (inkl. Subnetting)
  • IPv6

Transportschicht

  • TCP
  • UDP

Anwendungsschicht

  • Web (HTTP, Web2.0, etc.)
  • DNS
  • E-Mail (SMTP, POP, IMAP etc.)

Sicherheit

  • Aspekte der Netzwerksicherheit
  • symmetrische und asymmetrische kryptographischeVerfahren
  • Übersicht über Sicherheitsprotokolle

 

Literatur
  • Tanenbaum A. S., Computernetzwerke, 4. Auflage, München, Pearson Studium, 2003
  • Stevens Richard W., TCP/IP, Reading, Mass. [u.a.], Addison-Wesley, 2005
  • Sikora, A., Technische Grundlagen der Rechnerkommunikation: Internet-Protokolle und Anwendungen, München, Wien, Hanser, 2003

Labor Mechatronik und autonome Systeme

Art Labor
Nr. EMI321
SWS 4.0
Lerninhalt

Es soll eine möglichst alle Aspekte eines mechatronischen Systems umfassende Projektaufgabe in Gruppen bearbeitet werden. Dabei sollen die Projektmanagement-Methoden des Seminars Projektmanagement angewendet werden.
Die Studierenden werden mit einem möglichst konkreten und somit auch intuitiv erfassbaren mechatronischen Projekt konfrontiert. Es müssen die konkreten Gegebenheiten erfasst und analysiert werden und die Anforderungen an das Gesamtsystem zum Erreichen des gesetzten Ziels aufgestellt werden. Um das Gesamtsystem erfolgreich betreiben zu können, ist eine zunehmende Abstraktion von den konkreten Komponenten und deren Leistungsfähigkeit hin zu den für das System relevanten Eigenschaften erforderlich. Auf diesem Hintergrund soll dann eine geeignete Steuerung oder Regelung des Systems entworfen und umgesetzt werden.
Beispiel für Projektaufgaben
- Lösen einer Handhabungsaufgabe mit einem Industrieroboter
- Einsatz eines Bilderfassungssystems bei einer Handhabungsaufgabe
- Orientierung und Navigation mit einem bestehenden System (mobile Serviceroboter-Einheit, Roboterhund, ...)
- Entwurf eines systemfähigen Regelungs- und Steuerungskonzepts für bestehende mechatronische Komponenten
- Simulation von einfachen mechatronischen Gesamtsystemen
- Fußballroboter (auch mit LEGO)
- Programmierung einfacher Humanoidroboter bzw. von deren Elementen
- eigene Projektvorschläge der Studierenden

Literatur

Aktuelle Fachliteratur wird in der Veranstaltung bekannt gegeben oder zur Verfügung gestellt.

Objektorientierte Programmierung

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

Der Teilnehmer*innen verankert und erweitert das bereits Erlernte durch praktische Erfahrung, lernt die Bedeutung der Teamarbeit kennen, wendet Softskills an und erweitert sie.

Dauer 1
SWS 4.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 60 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90 h
Workload 150 h
ECTS 5.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

K60, LA

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Daniel Fischer

Haeufigkeit jedes Jahr (WS)
Verwendbarkeit

Bachelor aBM, BM, ME, MA, MK - Hauptstudium

Veranstaltungen

Objektorientiere Software-Entwicklung

Art Vorlesung
Nr. EMI814
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Advanced C
  • Non OOP-Features in C++
  • Klassen und Objekte in C++ (Klassendiagramm und Objektdiagramm)
  • Instanziierung von Objekten
  • Kanonische Klassen
  • Assoziationen in C++ (Sequenzdiagramm)
  • Vererbung in C++
  • Überladen von Operatoren
  • Exceptions
  • Streams
  • Klassentemplates
  • STL und Boost
  • Weitere Spracherweiterungen (C++11, C++14, C+17)
  • Design Patterns in C++: Singleton, Decorator, Composite, Observer
Literatur
  • Torsten T. Will: Das umfassende Handbuch zu Modern C++, Rheinwerk Computing, Bonn, 2017
  • Ulrich Breymann: Der C++-Programmierer, Carl Hanser Verlag, 5. Auflage, München, 2017
  • Bjarne Stroustrup: Programming: Principle and Practice Using C++, Addison Wesley, 2. Auflage, Boston, 2014

Labor Objektorientierte Software-Entwicklung

Art Labor
Nr. EMI815
SWS 2.0
Lerninhalt

Parallel zur Vorlesung werden schritthaltend Programmierübungen zu den folgenden Themen durchgeführt.

  • Advanced C
  • Non OOP-Features in C++
  • Klassen und Objekte in C++ (Klassendiagramm und Objektdiagramm)
  • Instanziierung von Objekten
  • Kanonische Klassen
  • Assoziationen in C++ (Sequenzdiagramm)
  • Vererbung in C++
  • Überladen von Operatoren
  • Exceptions
  • Streams
  • Klassentemplates
  • STL und Boost
  • Weitere Spracherweiterungen (C++11, C++14, C+17)
  • Design Patterns in C++: Singleton, Decorator, Composite, Observer
Literatur
  • Torsten T. Will: Das umfassende Handbuch zu Modern C++, Rheinwerk Computing, Bonn, 2017
  • Ulrich Breymann: Der C++-Programmierer, Carl Hanser Verlag, 5. Auflage, München, 2017
  • Bjarne Stroustrup: Programming: Principle and Practice Using C++, Addison Wesley, 2. Auflage, Boston, 2014

Regelungstechnik

Lehrform Vorlesung
Lernziele / Kompetenzen

Die Teilnehmer*innen:

  • können anhand der Übertragungsfunktion eines dynamischen Systems das damit zusammenhängende Einschwingverhalten herausarbeiten.
  • sind in der Lage, einschleifige Regelkreise mit algebraischen Verfahren zu entwerfen und auf ihre Stabilität zu untersuchen.
  • haben ein vielfältiges Repertoire an strukturellen Maßnahmen angehäuft, die über die Standardreglerstruktur hinausgehen und mit denen das Regelkreisverhalten weiter verbesserbar ist.
  • beherrschen auch Reglerentwurfsverfahren für Mehrgrößenregelkreise und für den Fall begrenzter Stellgrößen. Die erlernten Methoden können von den Teilnehmer*innen auch für den Digitalrechner aufbereitet werden. Die erlernten Methoden werden im Labor durch praktische Beispiele gefestigt und verhelfen so den Teilnehmer*innen zu einem besseren Urteilsvermögen über die Güte des Einschwingverhaltens eines Regelkreises.
  • beherrschen Verfahren für die Modellbildung und Simulation technischer Prozesse und sammeln Erfahrungen über die Parametrierung und Inbetriebnahme von Regelkreisen.
Dauer 1
SWS 4.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 60 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90 h
Workload 150 h
ECTS 5.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

K60, LA

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Stefan Hensel

Haeufigkeit jedes Jahr (WS)
Veranstaltungen

Regelungstechnik 2

Art Vorlesung
Nr. EMI869
SWS 2.0
Lerninhalt

Die LV gliedert sich folgendermaßen:

  • Analyse des Strecken- und Regelkreisverhaltens mit Hilfe der Pole und Nullstellen von Übertragungsfunktionen
  • Algebraische Stabilitätskriterien
  • Vereinfachung des Streckenmodells
  • Algebraische Reglerentwurfsverfahren für Standardregler
  • Strukturelle Maßnahmen wie Kaskadenregelung, Störgrößenaufschaltung und Vorsteuerung zur Verbesserung des Regelkreisverhaltens
Literatur
  • Föllinger, O.: Regelungstechnik, 12. Auflage, Berlin, Offenbach, VDE Verlag, 2016
  • Lunze, J.: Regelungstechnik 1, 11. Auflage, Berlin, Heidelberg, New York, Springer-Verlag, 2016
  • Schulz, G.: Regelungstechnik 1, 4. Auflage, München, Oldenbourg Verlag, 2010

 

Labor Regelungstechnik

Art Labor
Nr. EMI871
SWS 2.0
Lerninhalt

Die Studierenden simulieren verschieden Systeme und Regelkreise mit Hilfe der Software MATLAB. Anhand vorgegebener Anforderungen entwerfen die Studierenden Regler vom Typ PID und bestimmen die Reglerparameter. Dabei werden u. a. folgende Themen behandelt:

Frequenzgangmessung:

  • Das Bode-Diagramm und die Ortskurve einer elektronischen Schaltung werden durch Messungen ermittelt.
  • Auslegung eines P-Reglers anhand des Boden-Diagramms für unterschiedliche Phasenreserven
  • Schwingversuch

Empirische Reglerauslegung nach Chien, Hrones und Reswick (CHR):

  • Auslegung von P-, PI-, und PID-Regler mit demCHR-Verfahren für einen Gleichstrommotor
  • Manuelles Tuning von P-, PI- und PID-Regler
  • Vergleich der Regelungen anhand charakteristischer Größen der Sprungantwort

Reglerauslegung nach dem Frequenzkennlinienverfahren:

  • Auslegung von P-, PI- und PID-Reglern mit dem Frequenzkennlinienverfahren
  • Kompensation der dominierenden Zeitkonstante
  • Auslegung auf Phasenreserve

Simulation und Auslegung zeitdiskreter Regler:

  • Emulation zeitkontinuierlicher Regler durch zeitdiskrete
  • Auslegung zeitdiskreter P-, PI- und PID-Regler am Beispiel eines Gleichstrommotors
  • Vergleich von zeitkontinuierlichem und emuliertem zeitdiskreten Regler für verschiedene Abtastzeiten

Identifikation eines dynamischen Systems:

  • Identifikation der Übertragungsfunktion eines Systems aus Messdatenreihen
  • Vergleich der verschiedenen Reglerauslegungsverfahren
Literatur
  • Laborumdrucke, Hochschule Offenburg
  • O. Föllinger, Regelungstechnik, 12. Auflage, Berlin, VDE Verlag, 2016
  • J. Lunze, Regelungstechnik I, 11. Auflage, Springer Vieweg, 2016
  • G. F. Franklin, J. D. Powell, A. Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, Pearson, 8. Auflage, 2019

Schaltungstechnik

Empfohlene Vorkenntnisse

komplettes Grundstudium

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

Die Studierenden:

  • sind in der Lage den Verstärker als Grundfunktion der analogen Signalverarbeitung zu begreifen,
  • können die Verhaltensmodellierung mittels Ersatzschaltbildern und Signalflußbildern anwenden,
  • beherrschen die Dimensionierung von Transistor- und Operationsverstärkerschaltungen bei gegebenen Anforderungen,
  • begreifen die einsatzabhängige Funktion, die Genauigkeits- und Geschwindigkeitsanforderungen von Analog-Digital- und Digital-Analog- Wandlern,
  • können den Entwurf und zur Umformung und zur Minimisierung kombinatorischer Schaltungen anwenden,
  • haben ein Verständnis für das Zeitverhalten in digitalen Netzen und Fähigkeit zur Bestimmung des `kritischen Pfads`,
  • können den Entwurf einfacher synchroner Schaltwerke wie Zähler und Zustandsautomaten mit systematischen Methoden anwenden,
  • erlernen die Grundregeln des Entwurfs digitaler Schaltungen.
Dauer 1
SWS 6.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 90 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90 h
Workload 180 h
ECTS 6.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Klausur K90, Laborarbeit

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Elke Mackensen

Haeufigkeit jedes Jahr (WS)
Verwendbarkeit

Bachelor MK, Hauptstudium
Bachelor MK-plus, Hauptstudium

Veranstaltungen

Labor Schaltungsdesign

Art Labor
Nr. EMI823
SWS 2.0
Lerninhalt

Sensorik, Analogtechnik:

  • Verhalten Sensoren kennenlernen
  • Entwurf, Aufbau/Implementierung und Test einer anlogen Teilschaltung (OPV) zur Aufbereitung eines vorgegeben analogen Signals und vorgegeben Randbedingungen
  • Rechnergestützter Entwurf der Schaltung (Simulation) der Schaltung mittels PSPICE
  • Allgemeine Eigenschaften OPV kennenlernen, evaluieren
  • Anwendung OPV als Verstärker, Subtrahierer etc.

Analog-Digital-Wandler:

  • Allgemeine Eigenschaften von AD-Wandlern evaluieren
  • Gemeinsame Inbetriebnahme des AD-Wandlers mit der Sensorik und der analogen Signalaufbereitungsschaltung

Digitaltechnik, Programmierbare Digitalschaltkreise:

  • Entwurf kombinatorischer und sequentieller Schaltungsteile
  • Entwurf komplexerer digitaler Schaltungen und Umsetzung der Schaltung in einem programmierbaren Digitalschaltkreis (FPGA), Rechnergestützter Entwurf der digitalen Schaltungen
  • Integration der kombinatorischen und sequentiellen Schaltungsteile in eine vorgegebene Digitalschaltungsumgebung
  • Gemeinsame Inbetriebnahme der vorherigen entworfenen Schaltungsteile mit dem entstandenen Digitalteil
    Einblick in Entwurfsmöglichkeiten digitaler Schaltungen
Literatur
  • Goßner, S., Grundlagen der Elektronik: Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Shaker -Verlag, 2008
  • Zastrow, D., Elektronik, Springer-Verlag, 12. Auflage, 2014
  • Tietze U., Schenk C., Gamm E., Halbleiter-Schaltungstechnik, 15. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer Vieweg, 2016
  • Fricke, K.: Digitaltechnik. Wiesbaden: Vieweg+Teubner, 2009, 6. Auflage
  • Woitowitz, R.; Urbanski, K.; Gehrke, W.: Heidelberg: Springer Verlag, 2011
  • Biere, A.; Kröning, D.; Weissenbacher, G.; Wintersteiger, Ch. M.: Digitaltechnik – Eine praxisnahe Einführung. Heidelberg: Springer Verlag, 2008
  • Reichardt, J.: Lehrbuch Digitaltechnik. Eine Einführung mit VHDL. München: Oldenbourg Verlag, 2013
  • Wöstenkühler, G.: Grundlagen der Digitaltechnik, Elementare Komponenten, Funktionen und Steuerungen. München, Wien: Carl Hanser Verlag, 2012
  • Liebig, H.: Logischer Entwurf digitaler Systeme (4. Auflage). Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2006
  • Best, R., Phase-Locked Loops: Design, Simulation and Applications, McGraw-Hill Education, 2009

 

Analoge Schaltungen (1)

Art Vorlesung
Nr. EMI819
SWS 2.0
Lerninhalt

Die Lehrveranstaltung gliedert sich folgendermaßen:
• Aufbau und Funktionsweise eines Operationsverstärker
• Merkmale und Eigenschaften des Operationsverstärkers
• Der Operationsverstärker als linearer Verstärker
• Diverse Grundschaltungen in Gegenkopplung
• Stabilitätsbetrachtungen im Bode-Diagramm
• Fehler-Rechnung
• Operationsverstärker in Mitkopplung

Literatur
  • Goßner, S., Grundlagen der Elektronik: Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Shaker -Verlag, 2008
  • Zastrow, D., Elektronik, Springer-Verlag, 12. Auflage, 2014
  • Tietze U., Schenk C., Gamm E., Halbleiter-Schaltungstechnik, 15.
  • Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer Vieweg, 2016

Digitale Schaltungen 1

Art Vorlesung
Nr. EMI820
SWS 2.0
Lerninhalt
  • Grundlagen der Digitaltechnik
  • Reales Verhalten digitaler Schaltungen in Hardware
  • Kombinatorische Schaltungen
  • Sequentielle Schaltungen
Literatur
  • Fricke, K.: Digitaltechnik. Wiesbaden: Vieweg+Teubner, 2009, 6. Auflage
  • Woitowitz, R.; Urbanski, K.; Gehrke, W.: Heidelberg: Springer Verlag, 2011 
  • Biere, A.; Kröning, D.; Weissenbacher, G.; Wintersteiger, Ch. M.: Digitaltechnik – Eine praxisnahe Einführung. Heidelberg: Springer Verlag, 2008
  • Reichardt, J.: Lehrbuch Digitaltechnik. Eine Einführung mit VHDL. München: Oldenbourg Verlag, 2013
  • Wöstenkühler, G.: Grundlagen der Digitaltechnik, Elementare Komponenten, Funktionen und Steuerungen. München, Wien: Carl Hanser Verlag, 2012
  • Liebig, H.: Logischer Entwurf digitaler Systeme (4. Auflage). Berlin, Heidelberg, New York: Springer-Verlag, 2006

Schwerpunkt Fahrzeugmechatronik und Elektromobilität

Lehrform Wissenschaftl. Arbeit/Sem
Lernziele / Kompetenzen

Die Module sind im Studienverlauf dargestellt:

https://ei.hs-offenburg.de/fileadmin/Einrichtungen/Fakultaet_E_I/files/Studienverlauf/Studienschwerpunkt_MK_2019.pdf

 

Dauer 1
SWS 18.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 30 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 390 h
Workload 420 h
ECTS 22.0
Haeufigkeit jedes Semester

Schwerpunkt Industrielle Mechatronik und Robotik

Lehrform Wissenschaftl. Arbeit/Sem
Dauer 1
SWS 18.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 30 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 390 h
Workload 420 h
ECTS 22.0
Haeufigkeit jedes Semester

Sensorik

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

Die Teilnehmer*innen gewinnen die Fähigkeit zum gezielten Einsatz von Sensoren und geeigneten Signalverarbeitungsverfahren in der Messtechnik, Automatisierungstechnik und in der Regelungstechnik.
Die Studierenden können die Eigenschaften von Sensoren beurteilen, Fehlereinflüsse erkennen und geeignete Methoden für dei Messung und Kompensation auswählen.
Die Teilnehmer*innen kennen die verschiedenen Messgrößen, physikalischen Messprinzipien und Anwendungsfelder und können geeignete Sensoren auswählen und auslegen.

Dauer 1
SWS 4.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 60 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90 h
Workload 150 h
ECTS 5.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

K90, LA

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Stefan Hensel

Haeufigkeit jedes Jahr (SS)
Veranstaltungen

Mess- uns Sensortechnik

Art Vorlesung
Nr. EMI841
SWS 2.0
Lerninhalt

Definition und Eigenschaften eines Sensors: einfach, integriert, intelligent ("smart sensor")

Überblick von Messgrößen und möglichen Messprinzipien:

Druckmessung
• Drucksensoren: Piezoresistiv, kapazitiv, Temperaturkompensationsmethoden

Längen- und Wegmessung:
• Induktiv: Tauchanker, LVDT, Phasensynchrone Demodulation
• Kapazitiv: Schichtdickenmessung
• Optisch: Phasenbezogene Entfernungsmessung, Triangulation
• Laufzeitverfahren: Ultraschallsensoren und RADAR
• Digitale Messverfahren (Encoder)

Kraftmessung:
• Dehnungsmessstreifen und Auswerteschaltungen
• Piezoelektrische Sensorik

Korrelationsmesstechnik:
• Kreuzkorrelation, Störunterdrückung, Laufzeitkorrelation

Messsignalverarbeitung in der Messkette:
• Normalverteilte Messabweichungen
• Kleinste Quadrate Schätzung

Literatur
  • Tränkler, H., Sensortechnik Handbuch für Praxis und Wissenschaft, 2. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer, 2014
  • Hering, E., Schönfelder G.,Sensoren in Wissenschaft und Technik , Wiesbaden, Vieweg+Teubner, 2012
  • Schrüfer, E., Elektrische Messtechnik, München, Hanser, 2014

Labor Mess- und Sensortechnik

Art Labor
Nr. EMI842
SWS 2.0
Lerninhalt

Das Labor verknüpft die in der Vorlesung erarbeiteten Messmethoden und vorgestellten Sensoren mit acht Versuchen von denen sechs durchgeführt werden:

  • Interferometrische Längenmesstechnik
  • Korrelationsmesstechnik: Störunterdrückung, Laufzeitmessungen
  • Dehungsmessstreifen: Dehnung, Biegung, Torsion, Wägezelle
  • Rechnergestützte Messdatenerfassung und -verarbeitung: Induktive und potentiometrische Wegmessung
  • Wegmessung: Linear Variabler Differenzialtransformator (LVDT), phasenempfindliche Demodulation (Lock-In-Verstärker)
  • Druckmesstechnik: Piezoresistive Druckmessung, Temperaturkompensation, Füllstandsmessung, barometrische Messungen
  • Laufzeitverfahren zur Distanzmessung: Ultraschallsensoren und Fehlereinflüsse, RADAR- und Ultraschallsensoren für die Füllstandsmessung
  • Kalibrierung von Sensoren: Temperaturmessung mit Widerstandssensorik, Kalibrierung von PT100 Elementen Magnetfeldsensorik, Kalibrierung eines 2D Magnetkompasses auf MEMS-Basis, Kalibirerung eines Hall-Sensors
Literatur
  • Tränkler, H., Sensortechnik Handbuch für Praxis und Wissenschaft, 2.Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer, 2014
  • Hering, E., Schönfelder G., Sensoren in Wissenschaft und Technik,
  • Wiesbaden, Vieweg+Teubner, 2012 Schrüfer, E., Elektrische Messtechnik, München, Hanser, 2014)

Signale, Systeme und Regelkreise

Empfohlene Vorkenntnisse

komplettes Grundstudium

Lehrform Vorlesung
Lernziele / Kompetenzen

Die Studierenden beherrschen die mathematische Beschreibung des Durchgangs von determinierten Signalen durch lineare, zeitinvariante Systeme im zeitkontinuierlichen als auch im zeitdiskreten Bereich und darauf aufbauend die Grundlagen der linearen Regelungstechnik als Basiswissen für alle Ingenieure.

Dauer 1
SWS 8.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 120 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 120 h
Workload 240 h
ECTS 8.0
Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Werner Reich

Haeufigkeit jedes Jahr (WS)
Verwendbarkeit

Bachelor MK, Hauptstudium
Bachelor MK-plus, Hauptstudium

Veranstaltungen

Regelungstechnik 1

Art Vorlesung
Nr. EMI835
SWS 4.0
Lerninhalt

Die Vorlesung gibt eine Einführung in die Regelungstechnik und vermittelt die grundlegenden Konzepte zur Analyse von Regelkreisen und dem Entwurf von Reglern für zeitkontinuierliche, lineare Systeme mit einem Eingang und einem Ausgang (LTI-SISO-Systeme). Behandelt werden u.a. folgende Inhalte:

Einführung in die Regelungstechnik

  • Anwendungen   
  • Definition: System, Steuerung, Regelung, Blockschaltbild, statisches System, dynamisches System, Stabilität
  • Steuerung und Regelung statischer Systeme
  • Festwertregelung, Folgeregelung, Vorsteuerung

Modellierung dynamischer Systeme

  • Beschreibung mechanischer, elektrischer und fluidischer Systeme mittels Differentialgleichungen
  • Definition von linearen, zeitinvarianten Systemen (LTI-Systeme)
  • Linearisierung nichtlinearer Differentialgleichungen
  • Simulation eines Systems mit MATLAB Simulink

Beschreibung und Verhalten von LTI-Systemen im Zeitbereich

  • Lösen der Eingangs-/Ausgangs-Differentialgleichung
  • Sprungantwort und Impulsantwort, Faltung
  • Erzwungene Antwort und Eigenbewegung
  • Transientes und stationäres Verhalten

Beschreibung und Verhalten von LTI-Systemen im Frequenzbereich

  • Anwendung der Laplace-Transformation,
  • Übertragungsfunktion, Pole und Nullstellen, Stabilität
  • Blockschaltbildumformung
  • Frequenzgang, Bode-Diagramm, Ortskurve

 Elementare Übertragungsglieder

  • P-Glied, I-Glied, PT1-Glied, D-Glied, DT1-Glied, PT2-Glied, Totzeit-Glied
  • PD-Glied, Bandsperre
  • Zusammengesetzte Systeme

Der Regelkreis

  • Der Standardregelkreis
  • Ziele eine Regelung, Reglerentwurfsaufgabe und Anforderungen
  • Stabilität von Regelkreisen
  • Stationäres Verhalten von Regelkreisen
  • Standard-Regler vom Typ PID
  • Reglerauslegung im Zeitbereich (Methoden von Ziegler-Nichols, Methode v. Chien, Hrones und Reswick)
  • Reglerauslegung im Frequenzbereich (vereinfachtes Betragsoptimum, Zeitkonstantenkompensation, Frequenzkennlinienverfahren, Auslegeung auf Dämpfung des geschlossenen Kreises)
Literatur
  • O. Föllinger, Regelungstechnik, 12. Auflage, Berlin, VDE Verlag, 2016
  • J. Lunze, Regelungstechnik I, 11. Auflage, Springer Vieweg, 2016
  • G. F. Franklin, J. D. Powell, A. Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, Pearson, 8. Auflage, 2019

Signale und Systeme

Art Vorlesung
Nr. EMI824
SWS 4.0
Lerninhalt

Signale und ihre Eigenschaften:
• Analoge und digitale Signale
• Elementare Signale
• Signalleistung, Signalenergie und Effektivwert

Systeme und ihre Eigenschaften:
• Gedächtnisfreie Systeme
• LTI-Systeme
• Impulsantwort und Faltung
• Sprungantwort und Eigenfunktionen

Fourierreihe und Fouriertransformation:
• Definition und Eigenschaften
• Systembeschreibung mit Fourierreihe und Fouriertransformation
• Fouriertransformierte periodischer und spezieller Funktionen

Laplacetransformation:
• Eigenschaften und Rechenregeln
• Rechnen im Bildbereich, Hin- und Rücktransformation
• Rechnen mit Delta- und Sprungfunktionen

z-Transformation
• Lineare Abtastsysteme
• Rechenregeln der z-Transformation
• Lösung von Differenzengleichungen

Literatur
  • O. Föllinger, Laplace- und Fourier-Transformation, 10. Auflage, VDE-Verlag, 2011.
  • I. Rennert, B. Bundschuh, Signale und Systeme: Einführung in die Systemtheorie. Hanser, 2013.
  • D. Ch. Von Grünigen, Digitale Signalverarbeitung mit einer Einführung in die kontinuierlichen Signale und Systeme. Hanser, 2014.
  • O. Beucher, Signale und Systeme: Theorie, Simulation, Anwendung. Springer, 2011.
  • F. Puente León, U. Kiencke, H. Jäkel, Signale und Systeme. Oldenburg Verlag, 2011

Technische Mechanik II

Empfohlene Vorkenntnisse

Technische Mechanik I

Lehrform Vorlesung
Lernziele / Kompetenzen

Die Studierenden können

  • kritische Stellen bezüglich des Versagens von mechanischen Strukturen eingrenzen,
  • Normal- und Schubspannungen in (ebenen) mechanischen Strukturen berechnen,
  • Zusammenhänge zwischen Spannungen und Dehnungen herstellen und den Anwendungsbereich für linearelastisches Verhalten abstecken,
  • die für verschiedene Belastungsfälle (Zug, Druck, Biegung, Torsion) begrenzenden Spannungen identifizieren,
  • den Einfluss der Querschnittsform und des Kraftangriffs bei der Biegung beurteilen,
  • statische und dynamische Belastungsfälle unterscheiden und die begrenzenden Materialeigenschaften benennen,
  • komplexe Belastungssituation als Überlagerung einfacher Belastungsfälle zusammensetzen,
  • Vergleichsspannungen bei komplexen Belastungssituationen ermitteln. 
Dauer 1
SWS 4.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 60 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90 h
Workload 150 h
ECTS 5.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Klausur K90

Modulverantwortlicher

Prof. Dr. rer. nat. Michael Wülker

Haeufigkeit jedes Jahr (WS)
Verwendbarkeit

Bachelor MK, Grundstudium
Bachelor MK-plus, Grundstudium

Veranstaltungen

Technische Mechanik II

Art Vorlesung
Nr. M+V606
SWS 4.0
Lerninhalt

Festigkeitsbetrachtungen erlauben es, Gefahrenpotentiale für das Versagen mechanischer Strukturen abzuschätzen, und bilden somit die Grundlage für die Dimensionierung von mechanischen Bauteilen und Strukturen wie Roboterstrukturen, Trägern, Wellen etc. Weiterhin ist für die Auslegung von Toleranzen von Interesse, wie sich mechanische Strukturen unter Einwirkung zulässiger Kräfte verformen und welche Spannungen bei Zwangsverformungen entstehen.


A) Im Rahmen der linearen Elastizitätstheorie werden der ein- und mehrachsige Normalspannungszustand sowie die Hookeschen Gesetze für Normal- und Schubspannungsbeanspruchung behandelt.

B) Für biegebeanspruchte Bauteile wird unter Berücksichtigung der Querschnittsform und Belastungseinleitung die Methode zur Berechnung der Biegespannungen erläutert (Biegespannungsfunktion, Flächenträgheitsmomente, Hauptachsen und Hauptträgheitsmomente, gerade und schiefe Biegung). Die Ermittlung der elastischen Verformung mittels Integrationsmethode, Satz von Castigliano und Superpositionsmethode stellt einen weiteren wesentlichen Bestandteil der Behandlung biegebeanspruchter Bauteile dar.

C) Die Ausführung zur Schubbeanspruchung beinhaltet unter anderem den Schubspannungsverlauf bei Querkraftschub sowie die Definition des Schubmittelpunktes.

D) Bei der Behandlung der Torsionsbeanspruchung wird auf die Berechnung der Torsionsschubspannung und die Verformung von Voll- und Hohlquerschnitten eingegangen.

E) Erläutert werden die wichtigsten Vergleichsspannungshypothesen zur Überlagerung von Normal- und Schubspannungen, die Begriffe der Zeit- und Dauerfestigkeit sowie der Kerbwirkung. Behandelt wird die Berechnung statisch überbestimmter Systeme nach verschiedenen Methoden.

F) Stabilitätsprobleme und deren analytische Behandlung werden am Beispiel der Knickung druckbeanspruchter Stäbe (elastische und plastische Knickung) dargelegt.

Literatur
  • Technische Mechanik. Band 2: Elastostatik, Hydrostatik Gross D., Hauger W., Schell W. Springer 2011
  • Technische Mechanik, Band 2: Festigkeitslehre, Hibbeler RC, Pearson Studium 2006
  • Formeln und Aufgaben zur Technischen Mechanik 2: Elastostatik, Hydrostatik, Gross D., Ehlers W., Schröder J., Springer 2011
  • Technische Mechanik, Band 2: Festigkeitslehre, Assmann B., Oldenbourg 2000
  • Taschenbuch für den Maschinenbau, Dubbel H.; Beitz W., Küttner K.-H. (Hrsg.), Springer 2011

Technische Mechanik III

Empfohlene Vorkenntnisse

Technische Mechanik II

Lehrform Vorlesung
Lernziele / Kompetenzen

Die Studierenden können

  • die Bewegung eines Punktes wie auch einer Scheibe in der Ebene bestimmen und analysieren,
  • sicher mit den Begriffen Arbeit, Energie, Leistung, Impuls, Drehimpuls umgehen und Zusammenhänge herstellen,
  • die Bewegung eines Körpers infolge einwirkender Kräfte und Momente beschreiben,
  • die aus der Drehbewegung eines Körpers resultierenden Kräfte und Momente berechnen,
  • das Verhalten von Körpern nach einem Stoß beurteilen,
  • einfache Kreiselbewegungen ermitteln,
  • lineare Schwingungen von Punktmassen und Körpern in der Ebene analysieren,
  • Schwingungsdifferentialgleichungen aufstellen und Eigenschwingungsformen und -frequenzen ermitteln. 
Dauer 1
SWS 4.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 60 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90 h
Workload 150 h
ECTS 5.0
Voraussetzungen für die Vergabe von LP

Klausur K90

Modulverantwortlicher

Prof. Dr.-Ing. Bernd Waltersberger

Haeufigkeit jedes Jahr (SS)
Verwendbarkeit

Bachelor MKA

Veranstaltungen

Technische Mechanik III

Art Vorlesung
Nr. M+V607
SWS 4.0
Lerninhalt

Die Vorlesung beinhaltet Kinematik und Kinetik. In der Kinematik (Bewegungslehre) wird die Abhängigkeit zwischen den Größen Weg, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Zeit bei der Bewegung von Massenpunkten und starren Körpern ohne Berücksichtigung der die Bewegung verursachenden Kräfte bzw. Momente untersucht.


Für ein- und mehrdimensionale Bewegungsvorgänge mit unterschiedlichem Beschleunigungs- bzw. Geschwindigkeitsverhalten werden die entsprechenden Gesetzmäßigkeiten hergeleitet.
Die allgemeine Bewegung starrer Körper wird anschaulich zurückgeführt auf translatorische und rotatorische Phasen; erörtert werden Begriffe wie momentaner Drehpol und Beschleunigungspol. Die Kinematik schließt ab mit der grafischen und analytischen Behandlung von Relativbewegungen.
In der Kinetik werden das d`Alembertsche Prinzip, der Arbeitssatz, der Energieerhaltungssatz sowie der Impuls- und Drehimpulssatz für Massenpunkte und starre Körper behandelt und zur Lösung unterschiedlicher Aufgabenstellungen (z.B. bei Wurf, Rotationsbewegung und Stoßvorgänge) herangezogen. Die Ausführungen zur Kinetik starrer Körper beinhalten weiterhin die Berechnung der Massenträgheitsmomente und die Gesetze der Kreiselbewegung bei geführter Achse.
Im dritten Komplex werden freie und erzwungene Schwingungen mit einem Freiheitsgrad (ungedämpft und gedämpft) sowie ungedämpfte Mehrmassensysteme (z.B. Ermittlung kritischer Drehzahlen) untersucht. Besonderes Gewicht wird auf die Ermittlung von Eigenschwingungsformen und -frequenzen gelegt.


Ausgewählte Anwendungsbeispiele und wöchentliche Übungen sind wichtiger Bestandteil der Lehrveranstaltung.

Literatur

Hibbeler, R.C., Technische Mechanik, Band 3: Dynamik, Pearson Studium 2006
Gross, D., Hauger, W., Schell, W., Schröder, J., Technische Mechanik, Band 3: Kinetik, Springer, 2008
Assmann, B., Technische Mechanik, Band 3: Kinematik und Kinetik, Oldenbourg, 2010
Dubbel, H., Beitz, W., Küttner, K.-H., Taschenbuch für den Maschinenbau, Springer, 2007

Wahlpflichtfächer

Lehrform Vorlesung/Labor
Lernziele / Kompetenzen

In diesem Modul werden die Funktion, der Aufbau sowie die konstruktive Gestaltung und die bei den einzelnen Maschinen zu berücksichtigenden Fertigungsmöglichkeiten sowie deren Einsatzmöglichkeiten kennen gelernt.
Die Studierenden müssen in der Lage sein, den groben Arbeitsplan für die Herstellung eines Werkstücks zu erstellen, d.h. sie legen die Fertigungsverfahren fest, bestimmen die Werkzeuge und die Technologie und ermitteln die erforderlichen Spannmittel.
Die Auswahl der am besten geeigneten Maschine soll erfolgen. Die Bestimmung der Wege und Zeiten als Grundlage für eine spätere Kostenermittlung wird anhand von Beispielen geübt.

Lernziele für die Wahlpflichtfächer:
Die Studierenden können ihre Interessen im Bereich des Maschinenbaus soweit selbst beurteilen, daß sie sich für die Mechatronik sinnvolle maschinenbauliche Ergänzungen aussuchen, die ihnen vertiefte Kenntnisse ermöglichen.

Dauer 1
SWS 6.0
Aufwand
Lehrveranstaltung 60 h
Selbststudium / Gruppenarbeit: 90 h
Workload 150 h
ECTS 6.0
Haeufigkeit jedes Jahr (SS)
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