Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 2: Simulation Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper

Bild 2.5_1

Computer Aided Design - Computer Aided Software Engineering

Quelle: Autom.Eng.Partners

Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 2: Simulation Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper

Bild 2.5_2

Mehrkörpersystem

Mechatronische Systemtechnik im KFZ Kapitel 2: Simulation Prof. Dr.-Ing. Tim J. Nosper

Bild 2.5_3

Einfache und komplizierte dynamische Systeme

Feder-Masse-Schwinger Fahrsimulator von DC

einfache Dynamik komplizierte Dynamik

m

c

F(t)

x

Quelle: Wrede

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Bild 2.5_4

Läufer eines Verdichters in Wälzlagern

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_5

Gleichgewicht am Feder-Masse-Dämpfer-System

Quelle: Nordmann

F(t)

m·x x,x,x

c·x d·x

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Bild 2.5_6

Blockdarstellung und Kennlinie für Feder und Dämpfer

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_7

x1

x2

x = x1 + x2

+

x

x

x

Additionsstellen und Verzweigungsstellen,Integrations- und Differentiationsblöcke

Quelle: Nordmann

Addition Verzweigung

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Bild 2.5_8

Blockschaltbild für den einfachen Schwinger

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_9

Mechanische Elemente für die Modellbildung (Translation)

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_10

Mechanische Elemente für die Modellbildung (Rotation)

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_11

Federsteifigkeit von einfachen Konstruktionselementen

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_12

Massen und Trägheitsmassen von einfachen Konstruktionselementen

Quelle: Nordmann

+ +

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Bild 2.5_13

Elemente der Elektrotechnik für die Modellbildung

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_14

Kraft auf eine Leiterschleife im Magnetfeld

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_15

Blockschaltbild für einen elektrodynamischen Aktor

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_16

Modell und Blockschaltbild für eine Kompensationswaage

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_17

Modell und Blockschaltbild für eine Kompensationswaage

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_18

Modell und Blockschaltbild für eine Kompensationswaage

Quelle: Nordmann

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Bild 2.5_19

Vereinfachter Funktionsentwicklungsprozess

Quelle: Wrede

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Bild 2.5_20

Berechnung - Simulation - Animation

(analytische) Berechnung

Simulation/numerische Berechnung

Animation/Visualisierung

m

c

F(t)

)(tFxcxm =⋅+⋅ &&x

Quelle: Wrede

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Bild 2.5_21

Simulation: Mikrocontroller-Software und physikalische Systeme

Störgrößen (Bremse, Wind,..)v_set

+-

v_ist

v_soll

Regler

DAC

Sollwert-geber

Fahrervorgabe

PIMotor-momentAD

D A

ADC

AD

ADCTempomat-Software

Mikrocontroller-SW:

real: zeitdiskret z.B. T = 10 ms simuliert: zeitdiskret z.B. T = 10 ms

real: wertediskret z.B. v als 16-bit-Int. simuliert: wertediskret z.B. v als 16-bit-Int.

Physikalische Systeme:

real: zeitkontinuierlich simuliert: zeitdiskret, z.B. T = 1 ms

real: wertekontinuierlich simuliert: wertediskret, z.B. v als double (64 bit), quasi-kont.

Geschwindigkeit v

Quelle: Wrede

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Bild 2.5_22

Arbeitsschritte der Simulation (z.B. Matlab/Simulink)

1) Modellbildung durchführenAbstraktion und Ableitung des physikalischen Modells vom realen Gerät

2) Mathematische Modellbeschreibung erstellenBeschreibung des Modells durch algebraische und Differentialgleichungen

3) Umformen in lösungsorientierte DarstellungMathematische Transformation/Umrechnung in für Programmierunggeeignete Form, z.B. Integralgleichungen, Strukturbild, etc.

4) Eingabe der Struktur/Parameter in SimulationsprogrammDateneingabe z.B. in MATLAB/Simulink

5) Auswahl eines geeigneten IntegrationsverfahrensDas Simulationsprogramm bietet meist mehrere Möglichkeiten.

6) Abarbeitung des SimulationszyklusAnfangsbedingungen, Schleife über mehrere Zeitschritte, Ergebnisdarstellung

Quelle: Wrede

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Bild 2.5_23

Animationen

Quelle: Wrede