Grundstudium

Automatisierungstechnik

Prof.Dr.techn. K. Janschek, Dipl.-Ing. S. Horn u.a.
Pflichtfach der Studiengänge Elektrotechnik, Informationstechnik, Mechatronik, 4. Semester (V/Ü/P: 2/1/0)
Wahlpflichtfach in der Nebenfachausbildung Automatisierungstechnik für Wirtschaftsingenieure, 6. Semester (V/Ü/P: 2/1/0)
Vermittlung grundlegender Kenntnisse zur Automatisierung technischer Prozesse. Der Inhalt des Lehrfaches wird von folgenden Wissensgebieten geprägt:
Einführung (Inhalte, funktionale Gliederung, Ingenieuraufgaben, Demonstrationsbeispiel); Grundlegende Beschreibungsmittel (Differentialgleichungen, lineare/nichtlineare Übertragungsglieder, Signalflussplan, Laplace-Transformation, Übertragungsfunktion, Frequenzgang, Bode-Diagramm); Offene und geschlossene Wirkungsketten (Verhalten linearer Übertragungsglieder, Führungs-/Störverhalten, BIBO-Stabilität, Hurwitz-Kriterium, Nyquist-Kriterium, stationäres Verhalten); Reglerentwurf im Frequenzbereich (Kenndaten Zeitbereich/ Frequenzbereich, Frequenzkennlinienverfahren); Digitale Regelkreise (Struktur, Abtastung, Beschreibungsformen, dynamisches Verhalten, Stabilität, Reglerrealisierungen); Industrielle Standardregler (PID-Regler (kontinuierlich/ diskret), Einstellregeln, Bauformen); Diskrete Steuerungen (Prozessmodelle, Steuerungsentwurf, Speicherprogrammierbare Steuerungen, Fachsprachen IEC1131); Moderne Verfahren der Automatisierungstechnik (Fuzzy Logic, Künstliche Neuronale Netze); Automatisierungsstrukturen und -technologien (Strukturen, Bussysteme, Prozesskommunikation, Echtzeitverarbeitung).

Steuerung

Steuerung diskreter Prozesse I

Prof. Dr.techn. Janschek, Dipl.-Ing. Th. Kaden 
Pflichtfach der Studienrichtung ART, 5. Semester (V/Ü/P: 2/0/1)
Diese Lehrveranstaltung wird gemeinsam mit der LV Ereignisdiskrete Systeme abgehalten.
Vermittlung von Grund- und Fachkenntnissen auf dem Gebiet der Steuerung diskreter Prozesse. Befähigung der Studierenden zur Lösung anspruchsvoller Steuerungsaufgaben mittels moderner Methoden zum systematischen Entwurf und zur Analyse von kombinatorischen und sequentiellen Steuerungen, sowie zur Implementierung auf industrieller Hardware unter Nutzung aktueller Softwarewerkzeuge.

Inhalt der Lehrveranstaltung:

Vorlesungen

• Allgemeine Grundlagen ereignisdiskreter Systeme
• Diskrete Prozessmodelle, Signale, Signalgeber, Signalkodierung und -verarbeitung, Elementarbelegungen
• Entwurf kombinatorischer Steuerungen Steuerspezifikation, Schaltbelegungstabelle, Minimierungsverfahren, Hasards
• Kombinatorische Steuerungsstrukturen und Realisierungsformen 
• Beschreibungsformen sequentieller Automaten Deterministische/ Nichtdeterministische Automaten, Automatengraf
• Petri-Netze methodische Grundlagen, steuerungsinterpretierte Petri-Netze, Zeitberechnung in Petri-Netzen, Max-Plus-Algebra
• Hierarchische Automaten - Statecharts
• Entwurf sequentieller Steuerungen
• Sequentielle Steuerungsstrukturen und Realisierungsformen
• Planung, Projektierung und Programmierung diskreter Steuerungssysteme (Projektierungs- und Realisierungsablauf, Entwicklung verbindungsprogrammierter Systeme, Projektierung und Programmierung speicherprogrammierbarer Systeme)
• Spezielle industrielle Steuerungssysteme (CNC-Systeme, Robotersteuerungen, DNC- und CIM-Systeme)
• Zuverlässigkeit, Sicherheit und Umgebungsverträglichkeit von Steuerungssystemen Praktikum Anwendungsbeispiele aus der Fertigungstechnik und Handhabungstechnik unter Nutzung von Matlab/Simulink/ Statemate.

Praktikumsversuche
(Arbeiten mit CAD-Systemen) zum Entwurf und zur Implementierung kombinatorischer und sequentieller Funktionen speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS).

Steuerung diskreter Prozesse II

Prof. Dr.-techn. K. Janschek, Dipl.-Ing. Th. Kaden, PD Dr.-Ing. A. Braune 
Pflichtfach der Studienrichtung ART, 6. Semester (V/Ü/P: 2/0/1)
Wahlpflichtfach der Studienrichtung Elektroenergietechnik, 8. Semester
Planung, Projektierung und Programmierung diskreter Steuerungssysteme auf der Basis speicherprogrammierbarer Steuerungen;
spezielle industrielle Steuerungssysteme (Maschinen- und Robotersteuerungen ); Verlässlichkeit industrieller Steuerungssysteme. Praktikum: 2 Versuche zur Programmierung von SPS.

Ereignisdiskrete Systeme

Prof. Dr.techn. Janschek, Dipl.-Ing. Th. Kaden 
Pflichtfach des Studienganges Mechatronik, Pflichtfach der Master-Studienrichtung Mechatronics (VÜ/P: 2/1/0)
Diese Lehrveranstaltung wird gemeinsam mit der LV Steuerung diskreter Prozesse I abgehalten.
Ziel des Lehrfaches ist es, grundlegende Methoden zur Modellierung und Analyse von automatisierungstechnisch geprägten ereignisdiskreten Prozessen und zum systematischen Entwurf von kombinatorischen und sequentiellen Steuerungen zu vermitteln. Die Vorlesung beinhalte die folgenden Themen: Modellierung Ereignisdiskreter Systeme (Signalmodelle, Zustandsmodelle, Deterministische Automaten, Petri-Netze, Kombinatorische Automaten, Hierarchische Zustandsmodellierung, Kopplung von Grundstrukturen); Analyse Ergeignisdiskreter Systeme (Verhalten von Automaten, Verhalten von Petri-Netzen (strukturelle Eigenschaften, Zeitberechnung) ), Steuerungsentwurf für Ereignisdiskrete Systeme (Modellbasierter Entwurf Sequentieller Steuerungen, Modellbasierter Entwurf Kombinatorischer Steuerungen, Test und Verifikation), Ereignisdiskrete Steuerungsstrukturen (Kombinatorische Standardfunktionen, Sequentielle Standardfunktionen, Realisierungsaspekte Ereignisdiskreter Steuerungen) sowie Anwendungsbeispiele aus der Fertigungstechnik und Handhabungstechnik unter Nutzung von Matlab/Simulink/Statemate.

Paktikum Regelung/Steuerung

Prof. Dr.techn. K. Janschek, Prof. Dr.-Ing. habil. K. Röbenack
Pflichtfach des Studienganges Mechatronik, (V/Ü/P: 0/0/1)
Das Ziel des Lehrfaches besteht im selbstständigen Erarbeiten und Umsetzen von regelungs- und steuerungstechnischen Lösungen für mechatronische Systeme. Das Lehrfach beinhaltet zwei Praktikumsversuche zur Regelung (Institut für Regelungs- und Steuerungstheorie) sowie einen Praktikumsversuch zu ereignisdiskreten Steuerungen (Institut für Automatisierungstechnik).

Simulation

Modellbildung/Simulation

Prof. Dr.techn. K. Janschek, Dr.-Ing. S. Dyblenko
Pflichtfach der Studienrichtung ART, 6. Semester (V/Ü/P: 2/1/1)
Vermittlung grundlegender Kenntnisse und Fertigkeiten zur Modellbildung und zur rechnergestützten Simulation von technischen Systemen.

Vorlesungen:

       Elemente der physikalischen Modellbildung

• Energiebasierte Modellierungsparadigmen (Euler-Lagrange),
• Torbasierte Modellierungsparadigmen (verallgemeinerte Kirchhoffsche Netzwerke),
• Signalbasierte Modellierungsparadigmen (z.B. Matlab/Simulink),
• Physikalisch objektorientierte Modellierungsparadigmen (z.B. Modelica).

      Elemente der Simulationstechnik

• Numerische Integration von gewöhnlichen Differenzialgleichungssystemen (ODE): explizite vs. implizite Verfahren, Stabilität, Fehlerschätzung, Schrittweitensteuerung, steife Systeme, lineare Systeme,
• Numerische Integration von differenzialalgebraischen Gleichungssystemen (DAE),
• Unstetigkeiten,
• Modulare Simulation (signalorientiert vs. objektorientiert),
• Stochastische Prozesse.

Übungen:

Anhand ausgewählter technischer Anwendungsbeispiele werden unterschiedliche Ansätze zur Gewinnung von mathematischen Modellen und den daraus abgeleiteten Simulationsmodellen trainiert.

Praktikum:

Auf der Basis ausgewählter technischer Anwendungsbeispiele werden die Anwendung der grundlegenden Simulationstechniken und die Handhabung kommerzieller Simulationspakete am Rechner trainiert (Matlab/Simulink).

• Übungsbelege zum selbständigen Lösen und Programmieren (Matlab/Simulink), Gruppen zu je vier Studenten
• die Aufgaben und Abgabetermine im passwortgeschützten Downloadbereich
• Gruppeneinschreibung: KW 17, per jExam
• Ein Beleg wird im Kolloquium verteidigt
• Bonuspunkte beim erfolgreichen Bestehen

Beispiele, Demos:

• Aufgabensammlung "Simulationstechnik" mit Übungsaufgaben und Klausuraufgaben, teilweise mit Lösungen
• Beispiele, Modelle und Demoprogramme
• zugänglich im passwortgeschützten Downloadbereich

Software:

• Studentenversion Matlab 5.2 und Simulink

Prüfung:

• schriftlich, 120 min
• spezielle Rechen- und Erklärungsaufgaben
• Zulassungsvoraussetzung: Teilnahme an Lösung von allen Belegaufgaben und erfolgreiche Verteidigung im Kolloquium

Vorausgesetzte Kenntnisse:

Vordiplom

Simulationstechnik

Prof. Dr.techn. K. Janschek, Dr.-Ing. S. Dyblenko
Wahlpflichtfach im SG Mechatronik/Modul Entwurfstechniken, 6. bzw. 8. Semester (WPF 2/0/1) sowie Anteil des Modulpraktikums (0/0/2)

Vorlesungen:

• Numerische Integration von gewöhnlichen Differenzialgleichungssystemen (ODE-Systeme): explizite vs. implizite Verfahren, Stabilität, Fehlerschätzung, Schrittweitensteuerung, steife Systeme, lineare Systeme,
• Numerische Integration von differenzialalgebraischen Gleichungssystemen (DAE-Systeme),
• Unstetigkeiten,
• Modulare Simulation (signalorientiert vs. objektorientiert),
• Stochastische Prozesse.

Praktikum:

Anhand ausgewählter technischer Anwendungsbeispiele werden unterschiedliche Ansätze zur Gewinnung von mathematischen Modellen und den daraus abgeleiteten Simulationsmodellen trainiert.
Auf der Basis ausgewählter technischer Anwendungsbeispiele werden die Anwendung der grundlegenden Simulationstechniken und die Handhabung kommerzieller Simulationspakete am Rechner trainiert (Matlab/Simulink).
Die der Vorlesung Simulationstechnik zugeordneten Praktika sind für den Studiengang Mechatronik Teil des im Modul Entwurfstechniken zu absolvierenden Modulpraktikums.

• Übungsbelege zum selbständigen Lösen und Programmieren (Matlab/Simulink), Gruppen zu je vier Studenten
• die Aufgaben und Abgabetermine im passwortgeschützten Downloadbereich
• Gruppeneinschreibung: KW 17, per jExam
• Ein Beleg wird im Kolloquium verteidigt
• Bonuspunkte beim erfolgreichen Bestehen

Beispiele, Demos:

• Aufgabensammlung "Simulationstechnik" mit Übungsaufgaben und Klausuraufgaben, teilweise mit Lösungen
• Modelle und Demoprogramme
• zugänglich im passwortgeschützten Downloadbereich

Software:

• Studentenversion Matlab 5.2 und Simulink

Prüfung:

• schriftlich, 90 min
• spezielle Rechen- und Erklärungsaufgaben
• Zulassungsvoraussetzung: Teilnahme an Lösung von allen Belegaufgaben und erfolgreiche Verteidigung im Kolloquium

Vorausgesetzte Kenntnisse:

Vordiplom

Systementwurf

Systementwurf

PD Dr.-Ing. A. Braune
Pflichtfach der Studienrichtung ART, 7. Semester (V/Ü/P: 2/1/0)
Vermittlung grundlegender Kenntnisse zum systematischen Entwurf von komplexen Automatisierungssystemen und zur Bewertung von Entwurfsoptionen, Methoden und Verfahren der Systemtechnik (Systems Engineering). Inhalt des Lehrfaches (Vorlesungen): Besonderheiten des Systementwurfs für Automatisierungssysteme, Methoden zur Beschreibung unterschiedlicher Sichten auf ein Automatisierungssystem (funktional, objektorientiert, echtzeitorientiert,...), Anforderungsdefinition (Nutzeranforderung-Lastenheft, Systemanforderung), Entwurf, Metriken zur Systembewertung,Vorgehensmodelle. Die Übung befasst sich mit dem Lösen von Entwurfsaufgaben an praktischen Anwendungsfällen der Verfahrenstechnik und Mechatronik in Projektgruppen.

Entwurf eingebetteter Systeme (WF 1/1/0 )

PD Dr.-Ing. A. Braune
Wahlfach der Studienrichtung ART
Inhalt des Lehrfaches: Spezifische Anforderungen an Software für eingebettete Systeme, Vorstellung typischer Hard- und Softwaresysteme , Vorstellung spezifischer Entwurfswerkzeuge Übungen, Konzeption einer Lösung für ein Lego-Fahrzeug, Implementierung einer Lösung.

Teleautomation

Internet - Anwendungen in der Automatisierungstechnik

PD Dr.-Ing. A. Braune
Wahlpflichtfach der Studienrichtung ART, (V/Ü/P: 2/1/0)
Vermittlung ausgewählter Grundlagen zu Internettechnologien und ihren Anwendungseigenschaften in der Automatisierungstechnik. Zum Inhalt des Lehrfaches gehören: Einführung, historische Entwicklung des Internets, Anforderungen der Automatisierung an die Nutzung von Internettechnologien, Vermittlung grundlegender Kenntnisse zu Internettechnologien und Herausarbeiten von Konsequenzen ihrer Anwendung in der Automatisierung ( z.B. TCP/IP, Internetdienste), Behandlung ausgewählter Beispiele für die Internetnutzung (z.B. WWW, OPC, Ethernet mit TCP/IP als Feldbus), Vorstellung ausgewählter industrieller Produkte und Anwendungen, hoher Anteil eigenständiger Experimente und Tests an ausgewählten industriellen Geräten und Lösungen.Folgende Übungsthemen werden behandelt: Entwicklung statischer und dynamischer HTML-Seiten, Inbetriebnahme eines OPC-Servers, Entwicklung einfacher Java-Programme, Entwicklung von Java-Applets, Inbetriebnahme eines embedded Web-Servers in einer SPS .

Projekt - Teleautomation

PD Dr.-Ing. A. Braune
Wahlpflichtfach der Studienrichtung ART, 7. Semester (V/Ü/P: 0/0/2)
Der Erwerb eigener praktischer Erfahrungen zur Entwicklung von Lösungen auf der Basis von Internettechnologien für automatisierungstechnische Anwendungsbeispiele wird in dieser Lehrveranstaltung angestrebt. Projektgruppen zu je 3-4 Studenten untersuchen spezielle Aspekte von Internettechnologien hinsichtlich ihrer Anwendungseigenschaften in Automatisierungslösungen. Konkrete Inhalte ergeben sich aus aktuellen Forschungsprojekten und Entwicklungstrends. Durchzuführen sind jeweils Anforderungsdefinition, Entwurf, Variantendiskussion, Realisierung und Test an realen Anlagen.

XML und Web in der Automation

Lehrbeauftragte: PD Dr.-Ing. A. Braune
Ingenieurstudiengänge (vorrangig ET, MT, IST)
(WF 1/1/0)
Die Lehrveranstaltung vermittelt grundlegende Kenntnisse über XML-Technologien und beschreibt ausgewählte Beispiele XML-basierter Sprachen in der Automatisierung, wie z.B. Gerätebeschreibungssprachen. Weitere Anwendungsaspekte als Datenaustauschformat in der Automatisierung werden vermittelt durch die Nutzung von Webservices und Browser basierte Technologien.

Mechatronik

Mechatronische Systeme

Prof.Dr.techn. K. Janschek, Übungsleiter: Dipl.-Ing. M. Tkocz
Wahlpflichtfach des Studienganges Elektrotechnik, 8. Semester (V/Ü/P: 2/1/0)
Vermittlung grundlegender Kenntnisse zur ganzheitlichen Betrachtung mechatronischer Systeme: relevante funktionsrealisierende physikalische Phänomene (Verhaltensmodelle), Prinzipien zur gezielten Beeinflussung des Wirkungsflusses, Verfahren zur Voraussage des Systemverhaltens unter realistischen Bedingungen. Die Vorlesungen beinhalten folgende Themen: Funktionsrealisierende physikalische Phänomene ( Mechanik (Mehrkörperssysteme, Übertragungsverhalten, experimentelle Bestimmung des Frequenzganges); Elektrizität / Magnetismus (elektrodynamische Wandler, elektromagnetische Wandler); Piezoelektrizität (Modelle, piezoelektrische Wandler, Bauformen); Hydraulik (Servohydraulische Antriebe); Informationsverarbeitung (dimensionierende Übertragungseigenschaften von Abtastung, Aliasing, A/D, D/A Wandler, Serielle Bussysteme, Digitale Regler); Spezielle mechatronische Regelungsprobleme (Sensor-/Stellort bei Mehrkörpersystemen, Aliasingprobleme); Regellose Vorgänge in mechatronischen Systemen (Rauschmodelle, Kovarianzanalyse); Fehlerrechnung und Leistungsbudgets (Fortpflanzung von Unsicherheiten, Budgetansätze).Auf der Basis ausgewählter technischer Anwendungsbeispiele wird das systematische und methodische Vorgehen zu Modellierung, Analyse und Entwurf erläutert und in Rechenübungen trainiert. Die Verwendung moderner CAE-Hilfsmittel für Entwurf, Analyse, Simulation wird demonstriert (MATLAB/Simulink)

Regelung von Mehrkörpersystemen

Prof. Dr. techn. K. Janschek, Dipl.-Ing. M. Tkocz
Wahlfpflichtfach (V/Ü/P: 1/1/0)
Das Ziel des Lehrfaches besteht in der Vermittlung grundlegender Methoden zur Analyse und zum Entwurf von Regelungen für Mehrkörpersysteme. Folgende Gebiete werden behandelt: MKS Modelle im Frequenzbereich; Mess- und Stellort (kollokierte/nichtkollokierte Regelung); Modellunsicherheiten (unmodellierte Eigenmoden, spillover); Stabilitätsanalyse (NYQUIST.Kriterium in Schnittpunkt- und Frequenzkennlinienform, NICHOLS-Diagramm, robuste Stabilität von elastischen Eigenmoden); Reglerentwurf im Frequenzbereich; Aliasingprobleme im geschlossenen Regelkreis; Zufällige Eingangssignale (Kovarianzanalyse); Fehlerbudgets.

Steuerung von Robotersystemen

Prof. Dr. techn. K. Janschek, Übungsleiter: Dipl.-Wirtsch.-Ing. M. Hennig
Wahlfach Fak. ET, MT (WF 2/0/0)
Das Ziel der Lehrveranstaltung besteht in der Vermittlung von grundlegenden Steuerungs- und Regelungskonzepten für Robotersysteme. Die Vorlesungen beinhalten folgende Themen: Vorwärts- sowie Rückwärtskinematik von Manipulatoren, Bahnplanung und Trajektorien, Differentielle Kinematik über Jacobi-Matrix, Roboterdynamik, Positionsregelung, Kraft-/Momentenregelung, Steuerungstechnik.

Oberseminar - Mobile Robotik WS 2010/11

Prof. Dr. techn. K. Janschek, Übungsleiter: Dipl.-Ing. S. Horn
Schwerpunkt: "Distributed SLAM" - Kooperative Kartierung und Lokalisierung in Multi-Robot-Systemen
Für viele praktische Anwendungen ist die Fähigkeit eines mobilen Roboters, sich in einer unbekannten Umgebung zurechtzufinden, essentiell oder zumindest wünschenswert. Dazu muss der Roboter aus der Umgebung mittels geeigneter Sensorik (Laserscanner, Kamera, etc.) Merkmale extrahieren um sich daran zu orientieren. Weil hierbei parallel zur Lokalisierung eine (Merkmals-)Karte erzeugt wird, bezeichnet man diesen Prozess als "Simultaneous Localization and Mapping" (SLAM). Nach anhaltend intensiver Untersuchung des SLAM-Prinzips für den Fall eines einzelnen Roboters seit Beginn der 1990er, wuchs im letzten Jahrzehnt auch das Interesse an einer Erweiterung auf Gruppen kooperierender Roboter. Durch den gegenseitigen Austausch von Karteninformationen soll so eine schnellere und robustere Kartierung sowie Lokalisierung für jeden Roboter des Kollektivs erreicht werden. Ziel des Seminars ist es verschiedene gegebene Ansätze des kooperativen SLAMs zu evaluieren.

Oberseminar - Mobile Robotik WS 2011/12

Prof. Dr. techn. K. Janschek, Übungsleiter: Dipl.-Ing. S. Raitza
Schwerpunkt: Segmentierung von Punktwolken
Für viele praktische Anwendungen ist die Fähigkeit eines mobilen Roboters, sich in einer unbekannten Umgebung zurechtzufinden, essentiell oder zumindest wünschenswert. Soll die Umgebung oder ein bestimmtes Objekt aus dieser manipuliert werden, kann es notwendig sein, eine Objekterkennung oder -klassifizierung vorzunehmen. Im Fall, dass die Sensorik des Roboters (Laserscanner, Kamera, etc.) seine Umwelt als Punktwolke wiedergibt, muss diese gegebenenfalls zunächst in mehrere zusammengehörige Teile zerlegt werden (Segmentierung). Jedem Segment können anschließend Modelle bekannter Objekte zugeordnet werden, deren räumliche Anordnung und Lage es dem Roboter erst ermöglichen, mit seiner Umwelt zu interagieren. Die Segmentierung von Punktwolken wurde bisher vor allem im Zusammenhang mit der Auswertung von durch Laserscanner erzeugten Punktwolken untersucht und verschiedene Verfahren dazu vorgeschlagen. Punktwolken, die durch bildbasierte Systeme generiert werden, haben dagegen jedoch deutlich geringere Punktdichten und sind zusätzlich oft verrauscht. Für diese Punktwolken lassen sich nicht alle Segmentierungsverfahren immer problemlos anwenden. Das Ziel des Seminars ist es, einen vorgegebenen Ansatz zur Segmentierung einer Punktwolke aufzubereiten, in eine Simulationsumgebung zu integrieren und ausführlich zu testen.

Diverse Pflichtfächer

Lageregelungssysteme für Raumfahrzeuge

Dr.-Ing. S. Dyblenko
Wahlpflichtfach für Studenten der Fak. Maschinenwesen (Studienrichtung Luft- und Raumfahrttechnik) sowie der Fak. Elektrotechnik u.a. Interessenten; (V/Ü/P: 2/0/0)
Das Ziel des Lehrfaches besteht in der Vermittlung grundlegender Kenntnisse zur Lageregelung von Satelliten. Vorlesungen beinhalten folgende Themen: Einführung (Anforderungen, typ.Problemstellungen); Bahnmodellierung, Lagekinematik (Koordinatensysteme, Eulersche Winkel, Quaternionen); Lagemessung (Vektormessung, State Propagation, Filterung); Lagesensoren (optisch, inertial, magnetisch); Lageregelungskonzepte (Gravitationsstabilisierung, magnetische Regelung (Magnetspulen), Drallstabilisierung (Drallräder), Düsenregelung); Flexible Strukturen; Bordarchitekturen. Typische Problemstellungen zur Lagemessung und Lageregelung werden in den Übungen an praktischen Beispielen erläutert, zum Teil unterstützt durch Rechnersimulationen (Matlab/Simulink).