Modulbeschreibung
Elektronik und Regelungstechnik IV
Kürzel:
Durchführungszeitraum:
ECTS-Punkte:
Arbeitsaufwand:
Lernziele:
Die Studierenden
- können ein komplexes digitales System in einer programmierbaren Logik entwerfen.
- können synchrone Schaltungen entwerfen.
- können ein komplexes System bestehend aus einem Controller mit Peripheriebausteinen auf einer programmierbaren Logik realisieren (System on Chip).
- kennen die Grundlagen von zeitdiskreten Signalen und Systemen.
- können SC-Filter einsetzen.
- kennen die Grundlagen der digitalen Filter.
- können digitale Filter auslegen.
- kennen den Einfluss endlicher Wortlänge auf die Implementierung digitaler Filter.
- kennen die Grundlagen der Multirate-Signalverarbeitung.
- kennen die Funktionsweise von PLLs.
- können Mikrocontroller für komplexe Regelungsaufgaben einsetzen.
- können ein einfaches Echtzeitbetriebssystem anwenden.
- kennen den Aufbau eines digitalen Signalprozessors (DSP) und seinen Einsatz in einer regelungstechnischen Aufgabe.
- können digitale Filter realisieren.
- verstehen die Fachübergreifende Natur der Sensorsysteme.
- können die Teile eines Messsystems in das Konzept des modellbasierten Messens einordnen.
- können nichtlineare Kennlinien von Sensorelementen linearisieren.
- können die erreichbare Auflösung von nichtlinearen Sensorelementen berechnen.
- verstehen die Wirkungsweise von Kalman-Filtern und können diese für einfache Anwendungen entwerfen.
- kennen Beispiele von integrierten Sensorsystemen in unterschiedlichen Anwendungen.
- können die Bedeutung der unterschiedlichen Fachdisziplinen zur Realisierung von komplexen Sensorsystemen bewerten.
- kennen die Zustandsraumdarstellung zur Modellierung linearer dynamischer Systeme im Zeitbereich.
- können lineare dynamische Systeme im Zustandsraum darstellen.
- können überprüfen, ob ein in Zustandsraumdarstellung gegebenes System steuerbar bzw. beobachtbar ist.
- können für lineare dynamische Systeme einen Zustandsregler entwerfen.
- können mittels eines Beobachters nichtmessbare Stör- und Zustandsgrössen zugänglich machen.
Verantwortliche Person:
Telefon/EMail:
Standort (angeboten):
Fachbereiche:
Vorausgesetzte Module:
Modultyp:
ECTS-Punkte pro Kategorie
Modulbewertung
Bewertungsart:
Leistungsbewertung
Während der Prüfungssession:
Bemerkungen zur Prüfung:
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in fünf Teilen statt. Die Kurse Digitale Filter, Digitale Systeme, Mikrocontroller in der Mess- und Regelungstechnik, Sensorsysteme sowie Zustandsregler und Beobachter bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Während des Semesters:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Zustandsregler und Beobachter eine Prüfung geschrieben. Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Mikrocontroller in der Mess- und Regelungstechnik eine Prüfung geschrieben. Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Digitale Filter eine Prüfung geschrieben. Im Kurs Sensorsysteme wird eine Studienarbeit bewertet.
Bewertungsart:
Gewichtung:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Zustandsregler und Beobachter eine Prüfung (Gewicht 7%) geschrieben. Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Mikrocontroller in der Mess- und Regelungstechnik eine Prüfung (Gewicht 13%) geschrieben. Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Digitale Filter eine Prüfung (Gewicht 7.5%) geschrieben. Im Kurs Sensorsysteme wird eine Studienarbeit bewertet (Gewicht 7%).
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in fünf Teilen statt. Die Kurse Digitale Filter (Gewicht 12.5%), Digitale Systeme (Gewicht 13%), Mikrocontroller in der Mess- und Regelungstechnik (Gewicht 20%), Sensorsysteme (Gewicht 10%) sowie Zustandsregler und Beobachter (Gewicht 10%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Bemerkungen:
Teilbewertung:
Kurse in diesem Modul
Digitale Filter
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die Grundlagen von zeitdiskreten Signalen und Systemen.
- können SC-Filter einsetzen.
- kennen die Grundlagen der digitalen Filter.
- können digitale Filter auslegen.
- kennen den Einfluss endlicher Wortlänge auf die Implementierung digitaler Filter.
- kennen die Grundlagen der Multirate-Signalverarbeitung.
- kennen die Funktionsweise von PLLs.
Plan und Lerninhalt:
- SC-Filter
- Theoretische Grundlagen digitaler Filter
- Digitale Filter (FIR/IIR)
- Grundlagen der PLLs (Phase Locked Loops)
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase findet eine Zwischenprüfung statt. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Digitale Systeme, Zustandsregler und Beobachter, Mikrocontroller in der Mess- und Regelungstechnik sowie Sensorsysteme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Bibliographie:
Skript
Tietze, Schenk: Halbleiterschaltungen
Datenblätter und Applikationsbeschreibung von Bauelementen
Softwarewerkzeuge: SPICE, MATLAB
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch und/oder Englisch. Der Kurs könnte Hybrid oder online durchgeführt werden.
Zustandsregler und Beobachter
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die Zustandsraumdarstellung zur Modellierung linearer dynamischer Systeme im Zeitbereich.
- können lineare dynamische Systeme im Zustandsraum darstellen.
- können überprüfen, ob ein in Zustandsraumdarstellung gegebenes System steuerbar bzw. beobachtbar ist.
- können für lineare dynamische Systeme einen Zustandsregler entwerfen.
- können mittels eines Beobachters nichtmessbare Stör- und Zustandsgrössen zugänglich machen.
Plan und Lerninhalt:
-
Zustandsraumdarstellung von linearen dynamischen Systemen aus der Differentialgleichung bzw. aus dem Blockschaltbild herleiten
-
Steuerbarkeit und Beobachtbarkeit eines in Zustandsraumdarstellung gegebenen Systems überprüfen
-
Entwurf eines Zustandsreglers (Verfahren der Polvorgabe und LQR-Entwurf, überlagerter PI-Regler)
-
Entwurf eines Beobachters zur Rekonstruktion nichtmessbarer Stör- und Zustandsgrössen
-
praktische Realisierung verschiedener Regelkonzepte mit einem Mikrocontroller für die Drehzahl und Lagerregelung eines DC-Motors
-
Anwendung von MATLAB / Simulink im Zusammenhang mit der Zustandsraumdarstellung und dem Reglerentwurf.
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Digitale Filter, Digitale Systeme, Mikrocontroller in der Mess- und Regelungstechnik sowie Sensorsysteme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Bibliographie:
Skript
Lutz: Taschenbuch der Regelungstechnik
Softwarewerkzeuge: MATLAB/Simulink
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Mikrocontroller in der Mess- und Regelungstechnik
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- können Mikrocontroller für komplexe Regelungsaufgaben einsetzen.
- können ein einfaches Echtzeitbetriebssystem anwenden.
- kennen den Aufbau eines digitalen Signalprozessors (DSP) und seinen Einsatz in einer regelungstechnischen Aufgabe.
- können digitale Filter realisieren.
Plan und Lerninhalt:
- High-End Controller
- Anwendung in regelungstechnischen Fragestellungen
- Digitaler Signalprozessor (DSP), Codec
- Foreground- / Background-System
- Echtzeitbetriebssysteme
- Low-Power Strategien
- Anwendung in messtechnischen Fragestellungen
- Digitale Filter
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Digitale Filter, Digitale Systeme, Zustandsregler und Beobachter sowie Sensorsysteme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Bibliographie:
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Sensorsysteme
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- verstehen die Fachübergreifende Natur der Sensorsysteme.
- können die Teile eines Messsystems in das Konzept des modellbasierten Messens einordnen.
- können nichtlineare Kennlinien von Sensorelementen linearisieren.
- können die erreichbare Auflösung von nichtlinearen Sensorelementen berechnen.
- verstehen die Wirkungsweise von Kalman-Filtern und können diese für einfache Anwendungen entwerfen.
- kennen Beispiele von integrierten Sensorsystemen in unterschiedlichen Anwendungen.
- können die Bedeutung der unterschiedlichen Fachdisziplinen zur Realisierung von komplexen Sensorsystemen bewerten.
Plan und Lerninhalt:
- Modellbasiertes Messen, Rekonstruktion, Kalibrierung
- Gauss-Markov Schätzer
- Beobachter
- Kalman-Filter
- Korrelation
- Moderne Sensorsysteme
- Intelligente Sensoren (Integrierte Messelektronik, Mikrosystemtechnik-Sensoren)
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es wird eine Studienarbeit bewertet. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Digitale Filter, Digitale Systeme, Zustandsregler und Beobachter sowie Mikrocontroller in der Mess- und Regelungstechnik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Bibliographie:
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch und/oder Englisch.
Digitale Systeme
Kürzel:
Arbeitsaufwand:
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- können ein komplexes digitales System in einer programmierbaren Logik entwerfen.
- können synchrone Schaltungen entwerfen.
- können ein komplexes System bestehend aus einem Controller mit Peripheriebausteinen auf einer programmierbaren Logik realisieren (System on Chip).
Plan und Lerninhalt:
- Digitale Signale
- Programmierbare Logik
- System on Chip
- Synchronisation
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es findet eine Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Digitale Filter, Zustandsregler und Beobachter, Mikrocontroller in der Mess- und Regelungstechnik sowie Sensorsysteme statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Selbststudium, Übungen, Gruppenarbeit, Laborübung
Bibliographie:
Vorlesungsunterlagen, Tutorial, Manuals
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch und/oder Englisch.