Entwurf mechatronischer Systeme - TU Dresden

Karteikarten zur Lehrveranstaltung "Entwurf mechatronischer Systeme" der TU Dresden. Enthält keine offiziellen Prüfungsfragen

Karteikarten zur Lehrveranstaltung "Entwurf mechatronischer Systeme" der TU Dresden. Enthält keine offiziellen Prüfungsfragen


K. F.
Cartes-fiches
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Allemand
Catégorie
Technique
Niveau
Université
Créé / Mis à jour
10.02.2025 / 14.02.2025

Cartes-fiches

Verteilte Systeme

Nenne Möglichkeiten die Herausforderungen, die sich aus dem Entwurf von verteilten Systemen ergeben, zu beherrschen.

  • gutes Anforderungsmanagement
  • regelmäßige Synchronisierung der Zwischenergebnisse
  • gemeinsamer Datenaustausch 

Verteilte Systeme

Benenne drei Herausforderungen, die sich aus dem Entwurf von verteilten Systemen ergeben.

  • Kommunikation zwischen Entwicklern 
  • Definition von Funktion / Teilsystemen / Schnittstellen
  • Testen der Systeme / Definition von Verifizierungsszenarien

Verteilte Systeme

Nenne die drei Punkte für die Notwendigkeit der Kommunikationsmatrix beim Entwurf von komplexen Systemen mit hohem Kommunikationsaufkommen.

  • Festlegen wichtiger Kommunikationsparameter
  • Festlegen beteiligter Instanzen
  • Kontrolle auf Richtigkeit und Vollständigkeit

Verteilte Systeme

Welche Kriterien werden bei der Vergabe der Identifier beim CAN-Bus hinzugezogen?

  • Priorität
  • innere Struktur
  • Standartisierung (CANopen)

Verteilte Systeme

Benenne 3 Kriterien, die das Mapping von Funktionen auf die Hardware entscheidend beeinflussen.

  • Hardwarebindung
  • Buslast
  • Rechenleistung / Speicher
  • Systemkosten
  • Sicherheitsanforderungen

Verteilte Systeme

Wodurch kann es zur Zeitverzögerung bei der Datenübertragung kommen?

  • Datenaufbereitung im Controller 
  • Wartezeiten bei der Übertragung
  • Übertragungszeit
  • Empfang und Auswertung
  • bei Fehlern wiederholtes Senden

Verteilte Systeme

Zeichne allgemein eine Nachricht und erläutere wozu Header, Payload und Trailer verwendet werden.

Header:

  • Adressierung
  • Kennung
  • Art
  • Anzahl der Daten

Payload:

  • Signale
  • Werte
  • Status

Trailer:

  • Informationen Fehlererkennung

Automatisierter Systementwurf

Erläutere kurz den evolutionären Algorithmus Rekombination!

  • Zwei Eltern rekombinieren zu zwei Nachkommen
  • Populationsteilnehmer abgebildet als Bitstring
  • Einzelne Bits sind Parameter der Optimierungsproblems
  • Parameter werden bitweise ausgetauscht

Automatisierter Systementwurf

Welche Schritte sind zur Berechnung einer neuen Position eines Individuums bei der Particle Swarm Optimazation erforderlich?

  1. Partikel positionieren und Anfangsgeschwindigkeiten definieren
  2. Geschwindigkeit aktualisieren
  3. Position aktualisieren

Automatisierter Systementwurf

Welche Arten von Algorithmen gibt es?

Präszise (Globale) Algorithmen:

  • Das Auffinden des globalen Optimums ist garantiert
  • Absuchen des gesamten Lösungsraumes
  • Häufig sehr rechenintensiv
  • Bsp.: Brute Force, Dynamische Programmierung

Approximierende Algorithmen:

  • Keine Garantie des Identifizierens des globalen Optimums
  • Finden eines lokalen Optimums wird garantiert
  • Reduzierter Rechenaufwand durch „geschickte“ Absuche des Lösungsraumes
  • Bsp.: Simulated Annealing, Evolutionäre Algorithmen, Particle Swarm Optimization

Automatisierter Systementwurf

Was ist die multikritielle Optimierung?

  • Ausbilden von Paretofronten mit mehreren Optimierungsergebnissen
  • Je nach Gewichtung der Kriterien anderes Optimierungsergebnis

Automatisierter Systementwurf

Definiere den Begriff Optimierung?

Ein Optimierungsproblem ist die Suche nach dem Minimum oder Maximum einer Zielfunktion.

  • Es sollte die Art der Optimierung über alle Kriterien festgelegt werden (Minimierung/Maximierung)
  • Minimierungsprobleme können durch Invertierung in Maximalprobleme überführt werden und umgekehrt
  • Es gilt das globale Minimum/Maximum zu finden

Automatisierter Systementwurf

Was hat Einfluss auf den ASU?

  • Wertschöpfung
  • Diagnose
  • Geometrische Integration
  • EMV
  • Antriebsstrang
  • Fahrassistenz
  • E/E-Systemingenieure

Automatisierter Systementwurf

Auf welche Schritte aus klassischen Vorgehensmodellen bezieht sich der automatisierte Systementwurf (ASU)?

  • Anforderungsdefinition
  • Systemspezifikation

Virtuelle Entwurfsmethoden

Nenne die Schritte für die Modellerstellung!

Virtuelle Entwurfsmethoden

Welche Arten von Modellen gibt es in den virtuellen Entwurfsmethoden?

Virtuelle Entwurfsmethoden

Wie werden Modelle virtueller Entwurfsmethoden eingeteilt?

Physikalische Modelle

  • Prototypen, Maßstäbliche Modelle, Rapid-Prototyping

Abstrakte Modelle

  • Skizzen, Konstruktionszeichnungen, Digitale Modelle

Verteilte Systeme

Welche modellbasierten Methoden der Fehlererkennung gibt es?

  • Fehlererkennung mit Prozessmodellen
  • Parität
  • geführte Fehlersuche

Verteilte Systeme

Welche signalbasierten Methoden der Fehlererkennung gibt es?

  • Granzwertüberwachung
  • Trendanalyse
  • Signalvorhersage

Verteilte Systeme

Vervollständige das Schaubild zum Grundprinzip der Diagnose in mechatronischen Systemen?

Verteilte Systeme

Was versteht man in der Diagnose unter Fehler? Welche folgen können sie haben?

Kennzeichnet einen Zustand in dem die Merkmale eines Systems von den Sollwerten abweichen. Es liegt nicht notwendigerweise eine Beeinträchtigung einer Funktion vor

Verteilte Systeme

Was ist unter Datenframe zu verstehen?

  • Wird zur Übertragung von Daten verwendet
  • Im Normalfall ist der Großteil der Botschaften von diesem Typ
  • Unterscheidung in Standard- und Extended-Datenframe

Standardframe aus CAN-Version 1.0, 1.1, 1.2, 2.0A, 2.0B: 11 Bit Identifier

Verteilte Systeme

Welche Arten von Zugriffsverfahren auf einen Bus gibt es?

  • Master-Slave Verfahren
  • Delegated Token
  • Token-Passing
  • CSMA (Carrier-Sense Multiple Access)
  • CSMA/CD (Collision Detection)
  • CSMA/CA (Collision Avoidance)

Verteilte Systeme

Welche Arten von Bussystemen gibt es?

Seriellbus:

  • Übertragung von Adressen, Daten und Steuerinformationen auf einer Leitung
  • Übertragung in Paketen mit Zieladresse, Steuerinformation, Prüfsummen
  • Geringere Datenraten, für „weite“ Entfernungen sinnvoll

Parallelbus:

  • Teilbusse: Adressbus, Datenbus, Steuerbus
  • Einsatz auf Leiterplatten
  • Kabellösung sehr aufwendig
  • Höhere Datenraten, kurze Verbindungen

Verteilte Systeme

Was versteht man unter "kleinen" und "großen" verteilten Systemen?

„Kleine“ verteilte Systeme:

  • Nur ein Entwickler(team)
  • Klassische Vergehensmodelle anwendbar

„Große“ verteilte Systeme:

  • Verteilter domänenspezifischer Entwurf
  • Informationsabhängigkeiten zwischen Entwurfsinstanzen
  • Kreisprozesse
  • Teilentwürfe zeitlich abhängig

Verteilte Systeme

Skizziere für das Adaptive Cruise Control eine beispielhafte Architektur!

Verteilte Systeme

Was ist unter Funktions- und Vernetzungstopologie zu verstehen?

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Welche Arten des piezoelektrischen Effekts gibt es?

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Wie ist ein Drehstrommotor aufgebaut?

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Wie ist ein Gleichstrommotor aufgebaut?

  • Umpolung des Rotors wenn Bürste keinen kontakt mehr hat und Trägheit überwunden wurde

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Wie ist ein Linearantrieb aufgebaut?

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Was ist die Aufgabe von Aktoren in der Mechatronik?

mit steuerungs- und regelungstechnischen
Funktionsprinzipien Bewegungen zu erzeugen, Kräfte auszuüben oder mechanische Arbeit zu leisten

  • Wandlung von Stellinformation tragenden Signalen in leistungsbehaftete Signale einer entsprechenden Energieform (mechanisch, elektrisch, fluidisch).
  • Aktoren bilden die Schnittstelle zwischen Signalverarbeitung (Reglerausgangsgröße) und Prozess (Regelstrecke)
  • Aktoren stellen Energieflüsse oder Massen-/Volumenströme
  • Aktoren liefern am Ausgang eine Energie oder Leistung

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Wie ist ein Micro-Controller aufgebaut?

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Welche Komponentenarten in Micro-Controllern gibt es?

  • CPU /Rechenkern; Speicher (Haupt-/Programm)
  • Taktaufbereitung; Spannungsaufbereitung
  • Periphere Einheiten (Ports, ADU, DAU, Timer, I/O)

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Was ist die sukzessive Approximation?

Herantasten an Uein durch halbieren und addieren

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Zeichne eine Sample & Hold Schaltung?

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Erläutere kurz die Messkette zur AD-Wandlung?

  1. F - Eingangs-Tiefpassfilter (Anti-Aliasing-Filter)
  2. S+H – (Sample/Hold) Zeitliche Abtastung des analogen Eingangssignals (Zeitquantisierung)
  3. A/D - Quantisierung der Signalamplitude Kodierung

(Verschlüsselung) des Amplitudenwertes

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Was ist die Analog-Digital-Wandlung?

…ist Umwandlung analoger Signale in digitale Daten(ströme) nach unterschiedlichen Verfahren, um sie anschließend weiter verarbeiten zu können

 

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Erläutere kurz das Wirkprinzip eines Induktiven Drehzahlsensors!

passiv, dynamischer Sensor

  • Permanentmagnet erzeugt konstantes Magnetfeld
  • Drehen des Impulsrades -> Änderung des Magnetfeldes durch Wechsel von Zahn und Lücke
  • Änderung des magnetischen Flusses -> Spannungsinduktion in der Magnetspule

Bestandteile Mechatronischer Systeme

Nenne typische Fehlerarten von Sensoren?

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