Simulation technischer Systeme: Eine beispielorientierte Einführung

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.