Simulation Technischer Systeme: Eine Beispielorientierte Einführung

ISBN-13: 9783322802484 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 308 str.

J. Rg Kahlert

Opis

Diese beispielorientierte Einfuhrung in die Modellierung und numerische Simulation technischer Systeme ist fur Ingenieure geschrieben. Sie bietet die Behandlung der erforderlichen mathematischen Grundlagen, die Beschreibung dynamischer Systeme durch Differentialgleichungen und Losung der Differentialgleichungen mit Hilfe numerischer Integrationsverfahren. Alle vorgestellten Verfahren werden in Form lauffahiger PC-Programme in der Programmiersprache PASCAL prasentiert. Anhand von Beispielen werden verschiedene heute eingesetzte Simulationswerkzeuge dargestellt. Ein Schwerpunkt bildet das Blockorientierte Simulationssystem BORIS. Alle beschriebenen Beispiele konnen auf der Begleit-CD simuliert werden.

Spis treści

1 Einführung: Simulation Eines Fadenpendels.- 1.1 Modellbildung.- 1.2 Numerische Lösung der Bewegungsgleichung.- 1.3 Beispielrechnung.- 1.4 Schlussfolgerungen.- 2 Modellbildung.- 2.1 Der Systembegriff.- 2.2 Systemanalyse.- 2.2.1 Experimentelle Systemanalyse.- 2.2.2 Analytische Untersuchungen anhand der Systemgleichungen.- 2.2.3 Analyse auf Basis von Simulationen.- 2.3 Typen von Systemmodellen.- 2.3.1 Maßstabsgetreue Modelle.- 2.3.2 Modelle auf Basis von System-Analogien.- 2.3.3 Klassifizierung dynamischer Systeme.- 2.3.4 Mathematische Modelle.- 2.3.5 Elementare lineare Übertragungsglieder.- 2.4 Bestimmung der Modellparameter (Identifikation).- 2.4.1 Verfahren nachKüpfmüller.- 2.4.2 Verfahren nach Strejc.- 2.4.3 Verfahren nach Strejc für PTn-Modell.- 2.4.4 Verfahren nach Naslin für PT2-Modell mit unterschiedlichen Zeitkonstanten.- 2.4.5 Identifikation schwingfähiger PT2-Glieder.- 2.4.6 Approximation durch Übertragungsfunktion höherer Ordnung.- 2.5 Testsignale für dynamische Systeme.- 3 Numerische Integrationsverfahren.- 3.1 Einschrittverfahren.- 3.1.1 Explizites Euler-Verfahren.- 3.1.2 Implizites Euler-Verfahren.- 3.1.3 Halbschrittverfahren.- 3.1.4 Trapezverfahren.- 3.1.5 Simpson-Verfahren.- 3.1.6 Standard-Runge-Kutta-Verfahren.- 3.1.7 Verallgemeinerte Runge-Kutta-Verfahren.- 3.2 Mehrschrittverfahren.- 3.2.1 Mittelpunktsregel.- 3.2.2 Adams-Bashforth-Verfahren 2. Ordnung.- 3.2.3 Adams-Bashforth-Verfahren höherer Ordnung.- 3.2.4 Adams-Moulton-Verfahren.- 3.2.5 Gear-Verfahren.- 3.3 Charakterisierung von Integrationsverfahren.- 3.3.1 Stabilität von Integrationsverfahren.- 3.3.2 Rechenaufwand und Genauigkeit.- 3.4 Verfahren mit variabler Schrittweite.- 4 Simulationswerkzeuge.- 4.1 Herkömmliche Programmiersprachen.- 4.2 Simulationssprachen.- 4.2.1 Die Simulationssprache ACSL.- 4.2.2 Integrationsverfahren in ACSL.- 4.2.3 Standard-Operatoren in ACSL.- 4.2.4 Das ACSL-Laufzeitsystem.- 4.3 Blockorientierte Simulationsumgebungen.- 4.3.1 Darstellung von Systemen in Blockschaltbildern.- 4.3.2 Leistungsmerkmale blockorientierter Simulationsumgebungen.- 5 Das Blockorientierte Simulationssystem Boris.- 5.1 Einfuhrung.- 5.1.1 Die Benutzeroberfläche von BORIS.- 5.1.2 Arbeiten mit Systemblöcken.- 5.1.3 Ziehen von Verbindungen.- 5.1.4 Steuerung der Simulation.- 5.1.5 Visualisierung und Weiterverarbeitung von Simulationsergebnissen.- 5.1.6 Weitere Programmmerkmale.- 5.2 Prozessvisualisierung mit dem Flexible Animation Builder.- 5.2.1 Leistungsumfang des Moduls.- 5.2.2 Einfügen eines FAB-Moduls.- 5.2.3 Konfigurierung der Modulein- und -ausgänge.- 5.2.4 Die FAB-Grafik- und -Bedienelemente.- 5.2.5 Spezifizierung von Elementeigenschaften.- 5.2.6 Das I/O-Kontrollfenster.- 5.2.7 Einfaches Anwendungsbeispiel: Inverses Doppelpendel.- 5.3 Ausgewählte Simulationsbeispiele.- 5.3.1 Nichtlineares Fadenpendel.- 5.3.2 RC-Glied.- 5.3.3 Mechanischer Schwinger.- 5.3.4 Tanksystem.- 5.3.5 Stabpendel.- 5.3.6 Ofensystem.- 5.3.7 Verladekran.- 5.3.8 Gekoppelte Dynamos.- 5.3.9 Drei-Körper-Problem.- 5.3.10 Fadenpendel mit Anschlag.- 5.3.11 Springender Ball.- 5.3.12 Schwinger mit variabler Masse (zeitvariantes System).- 5.3.13 Füllstandsregelkreis mit Abtast-Regler.- 5.3.14 Beschleunigungsvorgang bei PKW.- 5.3.15 Stabilisierung eines inversen Doppelpendels.- 5.3.16 Abfördersystem.- 5.3.17 Feder-Masse-System mit Anschlägen.- 5.3.18 Lithium-Cluster-Dynamik.- Literatur.- Sachwortverzeichnis.- Begleit-Software Zum Buch.

O autorze

Dr.-Ing. Jörg Kahlert leitet ein Ingenieurbüro für Software-Engineering und Automatisierungstechnik. Im Rahmen von Lehraufträgen zur Automatisierungstechnik ist er in der Aus- und Weiterbildung tätig.

Blurb

Die Simulationstechnik ist in den letzten Jahren zu einem unverzichtbaren Bestandteil der Analyse und Entwicklung technischer Systeme geworden.
Dieses Buch gibt eine praxisorientierte Einführung in die Modellierung und numerische Simulation technischer Systeme. Es behandelt die wichtigsten mathematischen Grundlagen, die Beschreibung dynamischer Systeme durch Differentialgleichungen und deren Lösung mit Hilfe numerischer Integrationsverfahren. Alle vorgestellten Verfahren werden in Form lauffähiger PC-Programme in der Programmiersprache PASCAL präsentiert. Die Güte der einzelnen Verfahren und deren sinnvoller Einsatz wird behandelt. Anhand von Beispielen aus der Technik werden verschiedene heute eingesetzte Simulationswerkzeuge dargestellt. Ein Schwerpunkt bildet das Blockorientierte Simulationssystem BORIS. Alle beschriebenen Beispiele können mit Hilfe einer Begleit-CD interaktiv simuliert werden.