Simulationstechnik - Interactive curriculae of TU Ilmenau

Grundlagen der Mathematik, Physik, Elektrotechnik, Regelungstechnik

Die Studierenden können Grundbegriffe der block-, zustands- und objektorientierten Modellierung und Simulation, die historische Einordnung der analogen Simulation im Vergleich zum Schwerpunkt der Veranstaltung, der digitalen Simulation zeitkontinuierlicher und zeitdiskreter Systeme, darlegen. Sie sind in der Lage, Simulationsaufgabenstellungen zu bewerten und eine systematische Herangehensweise an die Problemlösung anzuwenden. Die Studierenden testen und beurteilen sowohl die blockorientierte, die zustandsorientierte als auch die objektorientierte Simulation einschließlich der Spezifika, wie z.B. numerische Integrationsverfahren, physikalische Modellierung. Durch vorgestellte Simulationssprachen, -systeme und -software (MATLAB/Simulink, Modelica, OpenModelica) können die Studierenden typische Simulationsaufgaben im regelungstechnischen Umfeld und darüber hinaus bewerten und entwickeln. In einem Beleg und im Praktikum weist jeder Studierende seine Fähigkeit nach, Simulationsaufgaben zu lösen und auszuwerten. (Der Modul Simulationstechnik besteht aus den Fächern Simulation (Fach-Nr.: 1400, Prüfungs-Nr.: 2200387, 2 SWS; 1/1/-) und Objektorientierte Simulation (Fach-Nr.: 100960, Prüfungs-Nr.: 2200411), 2 SWS (1/-/1)).

Einführung: Einsatzgebiete, Abgrenzung, Rechenmittel, Arbeitsdefinition, Systematik bei der Bearbeitung von Simulations- und Entwurfsaufgaben; Systembegriff (zeitkontiniuerlich (ODE- und DAE-Systeme), zeitdiskret, qualitativ, ereignis-diskret, chaotisch) mit Aufgabenstellungen; Analoge Simulation: Wesentliche Baugruppen und Programmierung von Analogrechnern, Vorzüge und Nachteile analoger Berechnung, heutige Bedeutung; Digitale Simulation: blockorientierte Simulation, Integrationsverfahren, Einsatzempfehlungen, algebraische Schleifen, Schrittweitensteuerung, steife Differenzialgleichungen, Abbruchkriterien; zustandsorientierte Simulation linearer Steuerungssysteme; Einführung in die physikalische objektorientierte Modellierung und Simulation; Simulationssprachen und -systeme: MATLAB (Grundaufbau, Sprache, Matrizen und lineare Algebra, Polynome, Interpolation, gewöhnliche Differenzialgleichungen, schwach besetzte Matrizen, M-File-Programmierung, Visualisierung, Simulink, Toolboxen, Beispiele); OpenModelica (Grundaufbau, Beispiele); Objektorientierte Simulation: Vergleich von block- und objektorientierter Simulation, Vor- und Nachteile, Begriffe, physikalische Grundgesetze und Umsetzung bei der objektorientierten Modellierung; Modellierungssprache Modelica: Klassen, Sprachkonstrukte, Vererbungsmechanismen, Wiederverwendbarkeit von Modellen; Modellierungs- und Simulationssystem OpenModelica: detaillierter Aufbau, Realisierung typischer Aufgabenstellungen, Modellierungsumgebung, Bibliotheken, Beispiele, Formulierung und Lösung von Optimierungsaufgabenstellungen; Praktikum (ein Praktikumsbeleg)

Skript, Präsentation, Tafelanschrieb, Software

Biran, A., Breiner, M.: MATLAB 5 für Ingenieure, Addison-Wesley, 1999.

Bossel, H.: Simulation dynamischer Systeme, Vieweg, 1987.

Bossel, H.: Modellbildung und Simulation, Vieweg, 1992.

Bub, W., Lugner, P.: Systematik der Modellbildung, Teil 1: Konzeptionelle Modellbildung, Teil 2: Verifikation und Validation, VDI-Berichte 925, Modellbildung für Regelung und Simulation, VDI-Verlag, S. 1-18, S. 19-43, 1992.

Cellier, F. E.: Coninuous System Modeling, Springer, 1991.

Cellier, F. E.: Integrated Continuous-System Modeling and Simulation Environments, In: Linkens, D.A. (Ed.):  CAD for Control Systems, Marcel Dekker, New York, 1993, pp. 1-29.

Fritzson, P.: Principles of object-oriented modeling and simulation with Modelica 2.1, IEEE Press, 2004.

Fritzson, P.: Introduction to Medeling and Simulation of Technical and Physical Systems with Modelica. Wiley-IEEE Press. 2011

Gomez, C.: Engineering and scientific computing with Scilab, Birkhäuser, 1999.

Hoffmann, J.: MATLAB und SIMULINK, Addison-Wesley, 1998.

Hoffmann, J., Brunner, U.: MATLAB und Tools: Für die Simulation dynamischer Systeme, Addison-Wesley, 2002.

Kocak, H.: Differential and difference equations through computer experiments, (... PHASER ...), Springer, 1989.

Otter, M.: Objektorientierte Modellierung Physikalischer Systeme, Teil 1, at - Automatisierungstechnik, (47(1999)1, S. A1-A4 (und weitere 15 Teile von OTTER, M. als Haupt-- bzw. Co-Autor und anderer Autoren in Nachfolgeheften).

Scherf, H.E.: Modellbildung und Simulation dynamischer Systeme, Oldenbourg, 2003.

1) Maximal 40 Punkte für schriftlichen Beleg im Fach "Simulation" und

2) Maximal 60 Punkte für mündliches Prüfungsgespräch im Fach "Objektorientierte Simulation" und

3) Unbenoteter Schein (Testat) für Praktikum im Fach "Objektorientierte Simulation"

Die Gesamtnote wird entsprechend der Gesamtpunktzahl gebildet.

1) Maximal 40 Punkte für schriftlichen Beleg im Fach "Simulation" und

2) Maximal 60 Punkte für mündliches Prüfungsgespräch im Fach "Objektorientierte Simulation" und

3) Unbenoteter Schein (Testat) für Praktikum im Fach "Objektorientierte Simulation"

Die Gesamtnote wird entsprechend der Gesamtpunktzahl gebildet.