Modul "Simulation mechatronischer Systeme"

Vortragende/r Prof.Dr.-Ing. M.Otter,
Dr.-Ing. J.Brembeck
ECTS 5
Umfang Vorlesung: 2 SWS
Praktikum: 1 SWS
Turnus Wintersemester
Start Do., 21.10.2021
Zeit:

Vorlesung:
Do., 16:45 - 18:15 Uhr
Terminliste Vorlesung

 

Praktikum:
Do., 18:30 - 19:15 Uhr
Terminliste Praktikum

Raum: online: Zoom, Moodle
Links: TUMonline:
Vorlesung
Praktikum

Weitere Information zum Inhalt:

Dieses Modul besteht aus einer Vorlesung (2 SWS) und einem Rechnerpraktikum (1 SWS)

Die Vorlesung und das Rechnerpraktikum finden im WS2021/2022 Online in Form von Zoom-Meetings und aufgezeichneten Videos statt, Details siehe Moodle. Es wird erwartet, dass die Vorlesungs-Videos jeweils bis Do. 17:45 angesehen wurden. Ab 17:45 gibt es eine Zoom-Session zur Beantwortung von Fragen zur Vorlesung bzw. zu Übungsaufgaben in der Vorlesung. Das Rechnerpraktikum findet als Zoom-Meeting mit Breakout Rooms, ab 18:30 statt. Die erste Zoom-Session zur Vorlesung ist am Do. 21. Okt, 17.45 und für das erste Rechnerpraktikum am Do. 21. Okt. 18:30. Für die Rechnerübungen benötigen Sie einen eigenen Rechner.

Die Vorlesung bietet eine Einführung in die multidisziplinäre Modellierung und Simulation großer Systeme mit mechanischen, elektrischen, thermischen und regelungstechnischen Komponenten im Hinblick auf Echtzeitsimulation, "embedded control" und die Simulation von Elektrofahrzeugen. Hierzu werden objektorientierte Modellierungsmethoden mit der Modellierungssprache Modelica eingesetzt. Viele Simulationsumgebungen basieren auf Modelica, insbesondere: Altair Activate, ANSYS Twin Builder, CATIA 3DExperience, Dymola, JModelica.org, MapleSim, OpenModelica, Optimica Compiler Toolkit, SimulationX, Wolfram SystemModeler. Eine Alternative zu Modelica Simulationsumgebungen ist das sich in Entwicklung befindliche, Open Source Julia package Modia. Dieses hat eine Modelica ähnliche Sprache (einfacher und zum Teil mächtiger als Modelica) und wird in Zukunft auch Modelica Modelle verarbeiten können.

In der Vorlesung werden die folgenden Inhalte vermittelt:

  • Kontinuierliche Systeme:
    Signal und Energiefluss, Objektdiagramm als Verallgemeinerung von Blockdiagramm und Bondgraph, Modellierung von elektrischen Schaltungen, Antriebssträngen, 3D-mechanischen Systemen, Wärmeleitung, Ein/Ausgangsblöcke mit Modelica.
     
  • Mathematische Beschreibung kontinuierlicher Systeme:
    Differential-Algebraische Gleichungen (DAE), singuläre DAEs, Regularisierungsmethoden, schwach besetzte Gleichungssysteme, BLT-Transformation, Tearing, Code-Generierung für DAEs bei Echtzeit-Anwendungen, Integrationsverfahren.
     
  • Unstetige und strukturvariable Systeme:
    Zeit- und Zustandsereignisse; Abtastsysteme basierend auf synchronen Sprachelementen; effiziente Behandlung vieler Schaltelemente; Ereignisbehandlung bei Echtzeit-Anwendungen; Modellierung strukturvariabler Komponenten (ideale elektrischer Schalter, Diode, Thyristor, Stromrichter-Stellglied, Reibung)
     
  • Simulation von Elektrofahrzeugen:
    Virtuelle Entwicklung von Fahrzeugen, Bewertung von Fahrzeugkonzepten/Antriebsstrangtopologien in einem multiphysikalischen Ansatz, Erläuterung wichtiger Komponenten und Fahrmanövern zur reproduzierbaren, gesamtsystemischen Bewertung.

Das Rechnerpraktikum besteht aus Aufgabenstellungen die mit einer Modelica Simulationssoftware gelöst werden. Hierzu kann entweder Dymola oder eine andere Modelica Simulationssoftware verwendet werden. Studenten der Vorlesung erhalten Dymola mit einer für die Studenten kostenlosen, eingeschränkten Lizenz für ein Jahr. Alternativ kann auch die Open Source Software OpenModelica (Lizenz: GPL) verwendet werden. Diese kann von der OpenModelica Web-Seite heruntergeladen werden.

Die Unterlagen für die Vorlesung können nach dem Einloggen in TUM-Moodle heruntergeladen werden:

  • Unterlagen zur Vorlesung:
    • Folien und Videos der Vorlesungen
    • Installation und Verwendung von Dymola
    • Musterlösungen für die Aufgaben die in den Folien enthalten sind.
    • Ein Vorlesungsmanusskript als Web-Buch.
    • Typische Prüfungsfragen.
    • Die Prüfung vom WS 2014/2015 mit Lösung
       
  • Unterlagen zum Rechnerpraktikum (die Unterlagen stehen jeweils einige Tage vor dem Praktikum zur Verfügung):
    • Übungsaufgaben
    • Musterlösungen

Weiterführende Literatur (ist aber für die Vorlesung nicht notwendig):

Eine andere empfehlenswerte Vorlesung zur multi-disziplinären Modellierung und Simulation mit Modelica ist:

Virtuelle Physik von Dirk Zimmer.
Di. 14:00 - 17:00 (in Garching, Fakultät für Informatik)

Modul-/Fachprüfung

EI04021: Simulation mechatronischer Systeme

Betreuer
Semester,
Datum
Dauer
Raum
Unterlagen/ Hilfsmittel
Aktuelles

Prof.Dr.-Ing. M.Otter,
Dr.-Ing. J.Brembeck

Winter 2021/2022

n.n.

n.n. (60Min.) n.n.

Keine, mit Ausnahme
von Stiften, Zeichenhilfen, Wörterbuch

und nichtprogrammierbarer Taschenrechner