Modulbeschreibung
Mechatronik III
Kürzel:
Durchführungszeitraum:
ECTS-Credits:
Arbeitsaufwand (h):
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die Grundlagen des Internets der Dinge.
- kennen wichtige IoT-Kommunikationsprotokolle.
- wissen, wie die intelligenten Dinge des IoT aufgebaut sind und wie sie sicher via Internet kommunizieren.
- können einfache intelligente Gegenstände für das Internet der Dinge entwerfen und entwickeln.
- kennen die Grund-Topologien und die gebräuchlichsten galvanisch isolierten Wandler.
- kennen die Eigenschaften der getakteten Spannungsregler im Allgemeinen und die Eigenschaften der einzelnen Topologien im Speziellen.
- kennen die gebräuchlichsten Regelkonzepte für getaktete Wandler und ihre Eigenschaften.
- können Spulen und Transformatoren mit magnetischen und elektrischen Modellen beschreiben.
- können Spulen und Transformatoren dimensionieren.
- kennen die Eigenschaften und die Arbeitsweise der verschiedenen elektrischen Antriebe.
- kennen gebräuchliche Motorentreiberschaltungen und das Space Vector Modulationsverfahren, um diese anzusteuern .
- kennen das Konzept der feldorientierten Regelung.
- können das dynamische Verhalten von einfachen Systemen als Übertragungsfunktion modellieren und verstehen die Analogie zwischen verschiedenen physikalischen Systemen.
- können Getriebe und reduzierte Massenträgheitsmomente in einem Antriebstrang berechnen und auslegen.
- können die unterschiedlichen Darstellungsformen von Übertragungsfunktionen im Bildbereich für die Systemanalyse anwenden.
- können unbekannte Modellparameter aus Messdaten identifizieren.
- können die Zustandsraumdarstellung und Strukturvektoren anwenden, um komplexere mechatronische Systeme zu modellieren.
- kennen die gängigsten nichtlinearen Effekte in mechatronischen Systemen und können diese mit Hilfe von Simulink nummerisch simulieren.
Anwendung der Entwicklungsmethodik auf die bestehende Facharbeit mit Fokus auf folgende Punkte: Projektdefinition; Risikomanagement; Projektplanung; Anforderungsmanagement.
Verantwortliche Person:
Telefon/EMail:
Standort (angeboten):
Fachbereiche:
Zusätzlich vorausgesetzte Kenntnisse:
Vorausgesetzt sind die Module Mechanik & Materials Engineering I und Mechanik & Materials Engineering II, Elektrotechnik & Lineare Algebra I und Elektrotechnik & Lineare Algebra II sowie Informatik & Autonome Roboter und Informatik.
Anschlussmodule:
Modultyp:
ECTS-Credits pro Kategorie
Modulbewertung
Bewertungsart:
Leistungsbewertung
Während der Prüfungssession:
Bemerkungen zur Prüfung:
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Internet der Dinge (IoT), Leistungselektronik und Antriebe sowie Modellbildung mechatronischer Systeme bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Während des Semesters:
Im Kurs Leistungselektronik und Antriebe wird eine Laborarbeit bewertet. Im Kurs Entwicklungsmethodik wird ein Projekt bewertet. Im Kurs Modellbildung und Simulation wird ein Projekt bewertet.
Bewertungsart:
Gewichtung:
Im Kurs Leistungselektronik und Antriebe wird eine Laborarbeit (Gewicht 8%) bewertet. Im Kurs Entwicklungsmethodik wird ein Projekt (Gewicht 20%) bewertet. Im Kurs Modellbildung und Simulation wird ein Projekt (Gewicht 10%) bewertet.
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Internet der Dinge (IoT) (Gewicht 20%), Leistungselektronik und Antriebe (Gewicht 32%) sowie Modellbildung mechatronischer Systeme (Gewicht 10%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Bemerkungen:
Teilbewertung:
Kurse in diesem Modul
Internet der Dinge (IoT)
Kürzel:
Arbeitsaufwand (h):
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die Grundlagen des Internets der Dinge.
- kennen wichtige IoT-Kommunikationsprotokolle.
- wissen, wie die intelligenten Dinge des IoT aufgebaut sind und wie sie sicher via Internet kommunizieren.
- können einfache intelligente Gegenstände für das Internet der Dinge entwerfen und entwickeln.
Plan und Lerninhalt:
Das Internet der Dinge (engl. Internet of Things, IoT) besteht aus „intelligenten“ Gegenständen, die den Menschen bei seinen Tätigkeiten unterstützen, ohne abzulenken oder aufzufallen. Zu diesen „intelligenten“ Objekten gehören Kühlschränke, Backöfen, Kaffeemaschinen, Briefkästen, Abfalleimer, Strassenlaternen, Regenschirme, Produktionsanlagen, etc. Das Internet der Dinge ist nicht nur Teil der Digitalisierung, bei der Informations- und Kommunikationstechnik auf alle Lebensbereiche Einfluss nimmt, sondern auch Teil von Industrie 4.0. Denn im Kern besteht Industrie 4.0 aus der Integration unterschiedlichster Informationssysteme in Produktion und Logistik sowie der Anwendung des Internets der Dinge und Dienste in industriellen Prozessen.
Dieser Kurs vermittelt die Grundlagen des Internets der Dinge. Das Internet der Dinge wird definiert und seine Bestandteile werden erläutert. Dann erfolgt eine Einführung in die Welt der Computerkommunikation. Praxisnahe Übungen mit einer gängigen Hardware werden für die Realisierung einer Reihe von IoT-Lösungen verwendet. Mit Node-RED wird ein grafisches Entwicklungswerkzeug zur raschen Umsetzung von Anwendungsfällen vorgestellt. Zum Schluss kommen best practices zur IoT-Sicherheit zur Diskussion.
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den anderen Kursen statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Unterrichtsgespräch, Übungen mit einer gängigen Hardware (IoT Experimentierkasten)
Bibliographie:
Anleitung zum IoT Experimentierkasten
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Unterrichtssprache: Deutsch. Unterrichtsunterlagen sind zum Teil auf Englisch
Leistungselektronik und Antriebe
Kürzel:
Arbeitsaufwand (h):
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die Grund-Topologien und die gebräuchlichsten galvanisch isolierten Wandler.
- kennen die Eigenschaften der getakteten Spannungsregler im Allgemeinen und die Eigenschaften der einzelnen Topologien im Speziellen.
- kennen die gebräuchlichsten Regelkonzepte für getaktete Wandler und ihre Eigenschaften.
- können Spulen und Transformatoren mit magnetischen und elektrischen Modellen beschreiben.
- können Spulen und Transformatoren dimensionieren.
- kennen die Eigenschaften und die Arbeitsweise der verschiedenen elektrischen Antriebe.
- kennen gebräuchliche Motorentreiberschaltungen und das Space Vector Modulationsverfahren, um diese anzusteuern .
- kennen das Konzept der feldorientierten Regelung.
Plan und Lerninhalt:
Die Studierenden lernen die Grundprinzipien von getaktetem Wandler kennen und können diese auch anhand von den Anforderungen auswählen, dimensionieren sowie auch aufbauen. Ergänzend dazu wird auch das Verständnis zum Design von magnetischen Komponenten gelehrt.
Der zweite Teil fokussiert sich auf Antriebe und deren Ansteuerungen sowie Regelung.
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es wird eine Laborarbeit bewertet und es findet eine Modulschlussprüfung mit den anderen Kursen statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Klassenunterricht mit Lehrvortrag, Übungen, Laborübungen, Selbststudium
Bibliographie:
Skript
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Entwicklungsmethodik
Kürzel:
Arbeitsaufwand (h):
Semester:
Lernziele:
Anwendung der Entwicklungsmethodik auf die bestehende Facharbeit mit Fokus auf folgende Punkte: Projektdefinition; Risikomanagement; Projektplanung; Anforderungsmanagement.
Plan und Lerninhalt:
Die Studierenden lernen Projektdefinition; Risikomanagement; Projektplanung; Anforderungsmanagement auf ihr Bachelorarbeitsthema anzuwenden.
Ansprechspersonen:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es wird ein Projekt bewertet.
Lehr- und Lernmethoden:
Klassenunterricht mit Lehrvortrag, Übungen, Selbststudium, Gruppenarbeiten, etc
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Bemerkungen:
Der Unterricht findet auf Deutsch statt, die Unterlagen sind zum Teil auf Englisch.
Modellbildung mechatronischer Systeme
Kürzel:
Arbeitsaufwand (h):
Semester:
Lernziele:
Die Studierenden
- können das dynamische Verhalten von einfachen Systemen als Übertragungsfunktion modellieren und verstehen die Analogie zwischen verschiedenen physikalischen Systemen.
(Bsp.: DC-Motor, thermisches, mechanisches System) - können Getriebe und reduzierte Massenträgheitsmomente in einem Antriebstrang berechnen und auslegen.
(Bsp.: max. Lastbeschleunigung in einem Vorschubsystem.) - können die unterschiedlichen Darstellungsformen von Übertragungsfunktionen im Bildbereich für die Systemanalyse anwenden.
(Bsp.: Aus gemessenem Systemverhalten eine Blackbox-Modellbildung des dominanten Verhaltens erstellen.) - können unbekannte Modellparameter aus Messdaten identifizieren.
(Bsp.: Wirbelstrombremse einer rotierenden Scheibe, oder Haftreibung beim Anfahren eines Antriebs) - können die Zustandsraumdarstellung und Strukturvektoren anwenden, um komplexere mechatronische Systeme zu modellieren.
(Bsp.: Kompletter Antriebsstrang mit elastischen Elementen wie Wellen, Riemen, Führungen, etc.) - kennen die gängigsten nichtlinearen Effekte in mechatronischen Systemen und können diese mit Hilfe von Simulink nummerisch simulieren.
(Bsp.: Haftreibung, Begrenzungen, Quantisierung)
Plan und Lerninhalt:
Die Studierenden kennen die Grundstruktur des allgemeinen mechatronischen Systems und können die Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen physikalischen Modellen diskutieren. Die erstellten Modelle (Blockschaltbild oder Zustandsraumdarstellung) werden sowohl nummerisch gelöst als auch in den Bildbereich überführt (Frequenzgang, Pol-Nullstellen-Diagramm). Ein mögliches Vorgehen für die Auslegung eines Antriebsstrangs (Motor / Getriebe) wird beispielhaft an einer Vorschubachse erläutert.
Ansprechspersonen:
Fachbereiche:
Unterrichtssprache:
Leistungsnachweis:
Es wird ein Projekt bewertet und es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den anderen Kursen statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Lehrgespräch, Übungen, Laborübungen, Projekt, Selbststudium
Bibliographie:
Wilhelm Haager, Regelungstechnik, HPT-Verlag, 2017
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan