Simulation technischer Systeme, Softcover reprint of the original 1st ed. 2004
Eine beispielorientierte Einführung
Vieweg Praxiswissen Series

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

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.

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.