Modulbeschreibung
Elektronik und Regelungstechnik III
Kürzel:
Durchführungszeitraum:
ECTS-Punkte:
Arbeitsaufwand:
Lernziele:
Die Studierenden
- können Stromversorgungen auslegen.
- können Spulen und Transformatoren dimensionieren.
- kennen die Eigenschaften und die typischen Einsatzgebiete der verschiedenen Leistungshalbleiter und können deren Funktionsprinzipien beschreiben.
- kennen die gebräuchlichsten Regelkonzepte für getaktete Wandler und ihre Eigenschaften.
- kennen das power factor corrector (PFC) Prinzip und die entsprechenden Vorschriften.
- können PFC Schaltungen auslegen.
- kennen die Funktionsweise der Wechselrichter und können sie einsetzen.
- kennen die Eigenschaften und die Arbeitsweise der verschiedenen elektrischen Antriebe.
- kennen gebräuchliche Motorentreiberschaltungen und das space vector Modulationsverfahren um diese anzusteuern.
- kennen die Grundlagen von zeitkontinuierlichen Signalen und Systemen.
- kennen die Grundlagen der analogen Filter.
- können passive analoge Filter auslegen.
- können aktive analoge Filter auslegen.
- kennen die Funktionsweise von Impedanzwandlern.
- können Impedanzwandler auslegen.
- können Hochfrequenzfilter auslegen.
- können dynamische Systeme in ihren Eigenschaften analysieren und dafür einen passenden kontinuierlichen Regler so entwerfen, dass der geschlossene Regelkreis vorgegebene Anforderungen erfüllt.
- können die gängigen Reglertypen schaltungstechnisch auslegen und implementieren.
- kennen die Grundlagen der mathematischen Beschreibung von Abtastsystemen (insbesondere die z-Transformation).
- können diskrete Regler in einem Zielsystem implementieren.
- können diskrete Regler im z-Bereich auslegen und optimieren.
- können die Messunsicherheitsanalyse und das Fehlerfortpflanzungsgesetz anwenden.
- verstehen die grundlegenden Funktionsweisen von magnetischen Sensoren und Ultraschallsensoren.
- vesrtehen verschiedene Methoden zur Erfassung von nichtelektrischen Grössen.
- können die zu den obigen Sensortypen gehörenden Messelektronikschaltungen entwickeln.
- können mittels VHDL eine anspruchsvolle digitale Hardware realisieren.
- können eine Applikation mit mittlerer Komplexität auf einem programmierbaren Logikbaustein (FPGA) realisieren.
Verantwortliche Person:
Telefon/EMail:
Standort (angeboten):
Fachbereiche:
Vorausgesetzte Module:
Anschlussmodule:
Modultyp:
ECTS-Punkte pro Kategorie
Modulbewertung
Bewertungsart:
Leistungsbewertung
Während der Prüfungssession:
Bemerkungen zur Prüfung:
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in vier Teilen statt. Die Kurse Messsysteme, Analoge Filter, Kontinuierliche und diskrete Regelsysteme sowie Anwendungen der Leistungselektronik bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Während des Semesters:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs kontinuierliche und diskrete Regelsysteme eine Prüfung geschrieben und ein Projekt bewertet. Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Anwendungen der Leistungselektronik eine Laborarbeit bewertet. Im Kurs Projekt Entwicklung von Digitalschaltungen (VHDL) wird das Projekt bewertet.
Bewertungsart:
Gewichtung:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs kontinuierliche und diskrete Regelsysteme eine Prüfung (Gewicht 10%) geschrieben und ein Projekt (Gewicht 5%) bewertet. Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Anwendungen der Leistungselektronik eine Laborarbeit (Gewicht 7.5%) bewertet. Im Kurs Projekt Entwicklung von Digitalschaltungen (VHDL) wird das Projekt bewertet (Gewicht 15%).
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in vier Teilen statt. Die Kurse Messsysteme (Gewicht 15%), Analoge Filter (Gewicht 15%), Kontinuierliche und diskrete Regelsysteme (Gewicht 15%) sowie Anwendungen der Leistungselektronik (Gewicht 17.5%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Bemerkungen:
Teilbewertung:
Kurse in diesem Modul
Analoge Filter
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die Grundlagen von zeitkontinuierlichen Signalen und Systemen.
- kennen die Grundlagen der analogen Filter.
- können passive analoge Filter auslegen.
- können aktive analoge Filter auslegen.
- kennen die Funktionsweise von Impedanzwandler.
- können Impedanzwandler auslegen.
- können Hochfrequenzfilter auslegen.
Plan und Lerninhalt:
- Theoretische Grundlagen analoger Filter
- Passive analoge Filter
- Aktive analoge Filter
- Grundlagen der Impedanzwandler
- Hochfrequenzfilter
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Anwendungen der Leistungselektronik, Kontinuierliche und diskrete Regelsysteme und Messsysteme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Selbststudium, Übungen, Laborübung
Bibliographie:
Skript
Tietze, Schenk: Halbleiterschaltungen
Datenblätter und Applikationsbeschreibung von Bauelementen
Softwarewerkzeuge: Altium/Nexus, SPICE, MATLAB
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch und/oder Englisch
Anwendung der Leistungselektronik
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- können Stromversorgungen auslegen.
- können Spulen und Transformatoren dimensionieren.
- kennen die Eigenschaften und die typischen Einsatzgebiete der verschiedenen Leistungshalbleiter und können deren Funktionsprinzipien beschreiben.
- kennen die gebräuchlichsten Regelkonzepte für getaktete Wandler und ihre Eigenschaften.
- können eine stabile Regelung auslegen.
- kennen das power factor corrector (PFC) Prinzip und die entsprechenden Vorschriften.
- können PFC Schaltungen auslegen.
- kennen die Funktionsweise der Wechselrichter und können sie auslegen.
- kennen die Eigenschaften und die Arbeitsweise der verschiedenen elektrischen Antriebe.
- kennen gebräuchliche Motorentreiberschaltungen und das Space Vector Modulationsverfahren um diese anzusteuern.
Plan und Lerninhalt:
- Auslegung von Spule und Transformator
- Ferromagnetische Werkstoffe
- Wirbelstromverluste, Skin-Effekt und Proximity-Effekt
- Leistungshalbleiter, wie MOSFET, IGBT (insulated bipolar transistor), Thyristor und GTO (gate turn off thyristor)
- Pulsbreitenmodulation und Ansteuerung von Leistungshalbleitern
- Spannungsregelung (voltage- und current mode control)
- Power factor correction (PFC)
- Wechselrichter
- Antriebe (DC-Motor, Asynchron- und Synchronmaschine, Schrittmotor und Brushless-DC-Motor)
- Motorentreiber
- Space vector modulation
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Laborarbeit bewertet. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Analoge Filter, Messsysteme und Kontinuierliche und diskrete Regelsysteme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Selbststudium, Übungen, Gruppenarbeit, Laborübung
Bibliographie:
Skript und Vorlesungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind jedoch zum Teil auf Englisch.
Kontinuierliche und diskrete Regelsysteme
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- können dynamische Systeme in ihren Eigenschaften analysieren und dafür einen passenden kontinuierlichen Regler so entwerfen, dass der geschlossene Regelkreis vorgegebene Anforderungen erfüllt.
- können die gängigen Reglertypen schaltungstechnisch auslegen und implementieren.
- kennen die Grundlagen der mathematischen Beschreibung von Abtastsystemen (insbesondere die z-Transformation).
- können diskrete Regler in einem Zielsystem implementieren.
- können diskrete Regler im z-Bereich auslegen und optimieren.
Plan und Lerninhalt:
- kontinuierliche Regler, Reglerentwurf nach dem Betragsoptimum, Reglerentwurf nach dem symmetrischen Optimum, schaltende Regler, PID-Regler mit Modifikationen, Kompensationsregler, Smith-Prädikator
- Systemanalyse, Identifikation im Zeitbereich
- erweiterte Modellbildung für DC-Motoren
- Optimierungskriterien von Regelkreisen, Integralkriterien
- Behandlung von Abtastsystemen, Einführung der z-Transformation
- Beschreibung diskreter Systeme durch Differenzengleichungen
- diskreter Regler (s/z) mit Anwendung
- Stabilität diskreter Systeme
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben und ein Projekt bewertet. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Analoge Filter, Anwendungen der Leistungselektronik sowie Messsysteme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Bibliographie:
Skript
Lutz: Taschenbuch der Regelungstechnik
Softwarewerkzeuge: MATLAB/Simulink
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind jedoch zum Teil auf Englisch.
Messsysteme
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- können die Messunsicherheitsanalyse und das Fehlerfortpflanzungsgesetz anwenden.
- verstehen die grundlegenden Funktionsweisen von magnetischen Sensoren und Ultraschallsensoren.
- vesrtehen verschiedene Methoden zur Erfassung von nichtelektrischen Grössen.
- können die zu den obigen Sensortypen gehörenden Messelektronikschaltungen entwickeln.
Plan und Lerninhalt:
- Messelektronik (Lock in-Verstärker, Rauschanalyse, Abschirmungen)
- Sensorik (magnetische Sensoren, Infrarotsensoren, Ultraschallsensoren)
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Analoge Filter, Anwendungen der Leistungselektronik sowie Kontinuierliche und diskrete Regelsysteme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Bibliographie:
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch und/oder Englisch
Projekt Entwicklung von Digitalschaltungen (VHDL)
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- können mittels VHDL eine anspruchsvolle digitale Hardware realisieren.
- können eine Applikation mit mittlerer Komplexität auf einem programmierbaren Logikbaustein (FPGA) realisieren.
Plan und Lerninhalt:
- Einführung in VHDL
- Synthese und Simulation
- Implementation in einem FPGA
- Entwicklung einer Beispielapplikation
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es wird ein Projekt (in Einzelarbeit) bewertet.
Lehr- und Lernmethoden:
Bibliographie:
Lastenheft, VHDL-Tool-Manuals, Skript, Bauteildatenblätter
Softwarewerkzeuge: EDA-Tool Protel, IDE für VHDL
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch und/oder Englisch.