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.

• 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

• 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

• 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

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

• 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

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

• 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

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

• 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

• Grundlagen der Digitaltechnik
• Reales Verhalten digitaler Schaltungen in Hardware
• Kombinatorische Schaltungen
• Sequentielle Schaltungen

• 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

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)

• 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 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

• 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

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

Glöckler, Simulation mechatronischer Systeme, Wiesbaden, Springer, 2014

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

• 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

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

Die LV gliedert sich folgendermaßen:

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

• 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

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

• Schröder, D., Elektrische Antriebe - Grundlagen, 6. Auflage, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2017
• Fischer, R., Elektrische Maschinen, 16. Auflage, München, Wien, Hanser Verlag, 2017

• 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

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

• Grundlagen der Betriebswirtschaftslehre
• Unternehmensführung/Management
• Informationswirtschaft (Externes und internes Rechnungswesen)
• Finanzierung und Investition
• Personalwirtschaft
• Materialwirtschaft
• Produktionswirtschaft
• Absatzwirtschaft/Marketing

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

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

• 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

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.

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

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

Begleitunterlagen der Veranstaltung

Zur Ergänzung empfohlen:

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

• 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

• 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

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

• 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

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?

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.

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

• 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

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

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

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.

Wird im Praktikumsbetrieb bekannt gegeben

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

• 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

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

• 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

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

• 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

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

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

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

• 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

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

• 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)

Individuelle Themenstellung wird in vorgegebener Zeit selbständig bearbeitet und dokumentiert.

Wird von den Betreuern vorgegeben

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.

Wird von den Betreuern vorgegeben