Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Springer Vieweg
2014
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| Ausgabe: | 4., überarb., aktualisierte und erw. Aufl. |
| Schriftenreihe: | Lehrbuch
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| Umfang: | XI, 466 S. Ill., graph. Darst. |
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINFUEHRUNG IN MATLAB 1
1.1 DER DESKTOP, EIN UEBERBLICK 2
1.2 ONLINE-HILFE.' 4
1.3 EINIGE BEMERKUNGEN ZUR ARBEITSWEISE VON MATLAB 6
1.4 MATLAB-GRUNDLAGEN 7
1.4.1 SKALARE OPERATIONEN UND VARIABLENVERWALTUNG 7
1.4.2 MATHEMATISCHE FUNKTIONEN 10
1.4.3 VEKTOREN UND MATRIZEN 12
1.4.4 LINEARE GLEICHUNGSSYSTEME 22
1.4.5 DATENSTRUKTUREN, MEHRDIMENSIONALE MATRIZEN, STRUCTURE UND CELL
ARRAYS . 25
1.4.6 VERGLEICHSOPERATOREN UND LOGISCHE OPERATOREN 27
1.4.7 SCHLEIFEN UND VERZWEIGUNGEN 29
1.4.8 DATEN-EIN- UND -AUSGABE 32
1.4.9 VERZEICHNISPRIORITAET 33
1.5 PROGRAMMERSTELLUNG, MATLAB SCRIPT UND FUNCTION 34
1.5.1 MATLAB EDITOR 35
1.5.2 MATLAB SCRIPT 36
1.5.3 MATLAB FUNCTION 39
1.5.4 CODE-BESCHLEUNIGUNG, DER PROFILER 46
1.6 GRAFIK 48
1.6.1 GRAFIKFENSTER (FIGURE), ERSTELLUNG UND VERWALTUNG 50
1.6.2 2D-GRAFIK 51
1.6.3 3D-GRAFIK 64
1.7 ANIMATION VON 2D-UND 3D-MODELLEN 71
1.7.1 MODELLERSTELLUNG 71
1.7.2 ANIMATIONS-GRAFIK 71
1.7.3 2D-ANIMATION EINFACHER LINIEN-MODELLE 74
1.7.4 ANIMATION MIT GEOMETRISCHEN 3D-MODELLEN 77
1.8 COMPUTERALGEBRA UNTER MATLAB, DIE SYMBOLIC MATH TOOLBOX 86
1.8.1 ONLINE-HILFE 87
1.8.2 SYMBOLISCHE OBJEKTE 87
1.8.3 VEREINBARUNG SYMBOLISCHER VARIABLEN UND AUSDRUECKE (OBJEKTE) 88
1.8.4 SUBSTITUTION SYMBOLISCHER GROESSEN, DER SUBS BEFEHL 90
1.8.5 BEISPIELE AUS DER ANALYSIS 90
1.8.6 ALGEBRAISCHE GLEICHUNGSSYSTEME, DER SOLVE BEFEHL 91
1.8.7 GEWOEHNLICHE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN, DER DSOLVE BEFEHL 93
1.8.8 BEISPIEL AUS DER LINEAREN ALGEBRA 96
1.8.9 UEBERGANG ZUR NUMERIK 98
HTTP://D-NB.INFO/1054872058
VIII INHALTSVERZEICHNIS
2 MODELLBILDUNG 99
2.1 BEMERKUNGEN ZUR SCHREIBWEISE 100
2.2 STRUKTUREN DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 101
2.3 GRUNDLAGEN 101
2.3.1 KINEMATIK STARRER KOERPER 101
2.3.2 KINEMATIK VON MEHRKOERPERSYSTEMEN 108
2.3.3 KINETIK, IMPULS-UND DRALLSATZ 113
2.4 NEWTON-EULER-METHODE 116
2.4.1 RECHNERORIENTIERTE VORGEHENSWEISE 120
2.5 LAGRANGE'SCHE GLEICHUNG 2. ART 123
2.6 LINEARISIERUNG NICHTLINEARER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 127
2.7 ANWENDUNG DER MODELLERSTELLUNG 129
3 LINEARE SCHWINGUNGSMODELLE 137
3.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 138
3.2 EIGENSCHWINGUNGEN UND FREIE SCHWINGUNGEN 140
3.2.1 DAS EIGENWERTPROBLEM IN MATLAB, ALLGEMEINE BETRACHTUNG 140
3.2.2 NUMERISCHE BEHANDLUNG DER EIGENWERTPROBLEME 142
3.3 ERZWUNGENE SCHWINGUNGEN 154
3.3.1 KONSTANTE ERREGUNG 155
3.3.2 HARMONISCH ANGEREGTE MECHANISCHE SYSTEME 156
4 SIMULATION UNTER SIMULINK 167
4.1 ZUR FUNKTIONSWEISE 167
4.1.1 BLOCK-STRUKTUR 167
4.1.2 SIMULATIONSABLAUF 168
4.2 DIE INTEGRATIONSVERFAHREN 169
4.2.1 METHODEN UND BEZEICHNUNGEN 171
4.2.2 STEIFIGKEIT DER DIFFERENZIALGLEICHUNG 175
4.2.3 BEMERKUNGEN ZUR WAHL DER VERFAHREN 176
4.3 SIMULINK-GRUNDLAGEN 177
4.3.1 DIE MODELL-LIBRARY 177
4.3.2 DER SIMULINK-EDITOR, EIN ERSTES MODELL 178
4.3.3 EINSTELLUNG DES INTEGRATORS UND DES DATENTRANSFERS 180
4.3.4 DATENTRANSFER UEBER DEN WORKSPACE 181
4.3.5 SIMULATIONSAUFRUF AUS DER MATLAB UMGEBUNG 181
4.3.6 HILFSMITTEL ZUR MODELLERSTELLUNG UND DATENAUSWERTUNG 183
4.4 SIMULINK-MODELLIERUNG EINES EINFACHEN PROJEKTS 196
4.4.1 1/4-FAHRZEUGMODELL MIT REIBUNGSDAEMPFER UND DIE
BEWEGUNGSGLEICHUNGEN . . 196
4.4.2 AUFBEREITUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 197
4.4.3 DAS FAHRBAHNPROFIL 200
4.4.4 PARAMETRISIERUNG DES ZUSTANDSMODELLS IM STATE SPACE BLOCK 204
4.4.5 MODELLIERUNG DER REIBELEMENTE 205
4.4.6 DIE STARTROUTINE FUER DIE MATLAB-UMGEBUNG 208
4.4.7 SIMULINK-MODELLE UND SIMULATIONSERGEBNISSE 209
INHALTSVERZEICHNIS IX
4.5 ALGEBRAISCHE SCHLEIFEN IN DYNAMISCHEN MODELLEN 214
4.5.1 ALGEBRAISCHE SCHLEIFEN 214
4.5.2 SYSTEM MIT ALGEBRAISCHER SCHLEIFE 215
4.6 VEKTORIELLE BETRACHTUNGSWEISE UND MODELLIERUNG 218
4.6.1 , SIMULATIONSERGEBNISSE, SELBSTERREGTE SCHWINGUNGEN UND
MITNAHME-EFFEKTE . .219
4.6.2 - NICHTLINEARE GLEICHUNGEN HOEHERER ORDNUNG 220
4.7 MODELLIERUNG MIT HILFE EINER S-FUNCTION 223
4.7.1 M-FILE S-EUNCTION 224
4.7.2 C MEX-FILE S-FUNCTION 231
5 SIMULATION UNTER MATLAB 235
5.1 STRUKTUR DER DIFFERENZIALGLEICHUNGEN 235
5.1.1 BEISPIELE FUER EXPLIZITE FORMULIERUNGEN 238
5.2 DER GRUNDSAETZLICHE AUFBAU EINES SIMULATIONSPROGRAMMS 247
5.2.1 MOEGLICHKEITEN ZUM INTEGRATORAUFRUF UNTER MATLAB 248
5.3 INTEGRATION VON SYSTEMEN IN STANDARDFORM 251
5.3.1 UNWUCHTIGER MOTOR AUF ELASTISCHEM FUNDAMENTBLOCK 252
5.4 DIFFERENZIAL-ALGEBRAISCHE GLEICHUNGEN 259
5.4.1 MATHEMATISCHE HINTERGRUENDE 259
5.4.2 MOEGLICHKEITEN UNTER MATLAB UND SIMULINK 261
5.4.3 MECHANISCHE BEWEGUNGSGLEICHUNGEN MIT ALGEBRAISCHEN
BINDUNGSGLEICHUNGEN 262
5.4.4 UEBERFUEHRUNG IN GEWOEHNLICHE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN 270
5.4.5 UEBERGANG AUF MINIMALKOORDINATEN 276
5.5 IMPLIZITE DIFFERENZIALGLEICHUNGEN 282
5.6 INTEGRATION GEWOEHNLICHER DIFFERENZIALGLEICHUNGEN MIT UNSTETIGKEITEN
284
5.6.1 BEISPIELE FUER UNSTETIGKEITEN IN DEN BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 285
5.6.2 FORMULIERUNG VON SCHALTFUNKTIONEN 287
5.6.3 LOKALISIERUNG DER SCHALTPUNKTE 288
5.6.4 BEISPIELE ZUR ZWEI-PUNKT-SCHALTLOGIK 290
5.6.5 DREIPUNKT-SCHALTLOGIK AM BEISPIEL EINES ZWEI-MASSEN-SCHWINGERS MIT
REIBUNG299
5.7 RANDWERTPROBLEME GEWOEHNLICHER DIFFERENZIALGLEICHUNGEN 312
5.7.1 GRUNDLAGEN 312
5.7.2 STANDARDPROBLEME AM BEISPIEL DER KETTENLINIE UND DES
BASKETBALLWURFS . . . .314
5.7.3 MEHRPUNKT-RANDWERTPROBLEME 322
5.7.4 PERIODISCHE SCHWINGUNGEN NICHTLINEARER SYSTEME 326
6 MODELLIERUNG UND
SIMULATION MIT DEM
STATEFLOW TOOL 335
6.1 STATEFLOW-OBJEKTE 335
6.1.1 DAS CHART 336
6.1.2 ZUSTAND UND ZUSTAND-LABEL 337
6.1.3 TRANSITIONEN 338
6.1.4 DEFAULT TRANSITION 340
6.1.5 VERBINDUNGSPUNKTE 340
6.1.6 DER MODEL EXPLORER 340
6.1.7 ERWEITERTE STRUKTUREN 341
X INHALTSVERZEICHNIS
6.2 FAHRZEUGMODELL MIT REIBUNGSDAEMPFER 342
6.2.1 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN UND SCHALTBEDINGUNGEN 342
6.2.2 SIMULINK-MODELL MIT CHART 343
6.3 SPRINGENDER BALL, EIN STRUKTURVARIABLES MODELL 348
7 PHYSIKALISCHE MODELLE UNTER
SIMULINK 353
7.1 MODELLIEREN MIT SIMSCAPE 354
7.1.1 NETZWERKERSTELLUNG MIT DER FOUNDATION LIBRARY, EIN BEISPIEL 355
7.1.2 SIMSCAPE SPRACHE, GRUNDLAGEN 358
7.2 SIMMECHANICS DER ERSTEN GENERATION 361
7.2.1 FUNKTIONSWEISE 362
7.2.2 UNTERSUCHUNGSMETHODEN 363
7.2.3 ERSTES SIMMECHANICS-MODELL 363
7.2.4 SCHWINGUNGEN EINES ROBOTER-MODELLS 367
7.2.5 ARBEITSWEISE DES JOINT STICTION ACTUATORS 372
7.2.6 VISUALISIERUNG UND ANIMATION DER MASCHINE 376
7.2.7 EINIGE MATHEMATISCHE ASPEKTE 377
7.2.8 ANWENDUNGEN UND AUSBLICK 380
7.3 SIMMECHANICS DER ZWEITEN GENERATION 381
7.3.1 EINIGE KOMPONENTEN AUS DER BLOCK-LIBRARY 382
7.3.2 MODELLIERUNG DES ROBOTERS MIT HYDRAULISCHEM STELLZYLINDER 387
7.3.3 REIBMODELL AUS SIMSCAPE 390
8 PROJEKTE 391
8.1 PERMANENTMAGNET GELAGERTER ROTOR 391
8.1.1 SYSTEMBESCHREIBUNG 392
8.1.2 ROTOR-UND MAGNETMODELLIERUNG 393
8.1.3 DIE AKTIVE STABILISIERUNG, REGLERSTRUKTUREN 394
8.1.4 DAS KONTINUIERLICHE MODELL 395
8.1.5 REGLERENTWUERFE 396
8.1.6 PARAMETRIERUNG UND REGLERKOEFFIZIENTEN 399
8.1.7 SIMULINK-MODELLE 399
8.1.8 SIMULATIONSERGEBNISSE 400
8.2 STOERGROESSENKOMPENSATION HARMONISCHER UND KONSTANTER STOERUNGEN 402
8.2.1 GRUNDLAGEN ZUR STRECKE UND ZUM BEOBACHTERENTWURF 403
8.2.2 PARAMETERFILE UND SIMULINK-MODELL 405
8.2.3 BEOBACHTER UEBER S-FUNKTION 406
8.2.4 ANALYTISCHE ERMITTLUNG DER LOESUNGEN 406
8.2.5 ERGEBNISSE 410
8.3 SCHWINGUNGSTILGER MIT VISKOELASTISCHEM ANSCHLAG 412
8.3.1 DAS STATIONAERE SYSTEM OHNE ANSCHLAG 413
8.3.2 ENTWURF DES SIMULINK-MODELLS 415
8.3.3 SCHWINGUNGSANTWORT MIT EINEM SINUS-SWEEP DES SYSTEMS OHNE/MIT
ANSCHLAG . 420
8.4 AXIALKOLBENVERDICHTER EINER PKW-KLIMAANLAGE 422
8.4.1 DAS MODELL 422
INHALTSVERZEICHNIS XI
8.4.2 DER HEBELMECHANISMUS 423
8.4.3 BEWEGUNGSGLEICHUNGEN NACH LAGRANGE 424
8.4.4 DAS M-FILE, ERSTE ERGEBNISSE 427
8.4.5 MODELLBASIERTER ENTWURF MIT SIMMECHANICS, 1. GENERATION 427
8.4.6 VERGLEICH DER ERGEBNISSE BEZUEGLICH DER GELENKKRAEFTE 429
8.4.7 STATIONAERE LAGE, DIE TRIMMING-METHODE 430
8.4.8 DER VERDICHTER ALS SIMMECHANICS-MODELL, 1. GENERATION 431
8.5 DREIFACHPENDEL 432
8.5.1 LAGRANGE'SCHE GLEICHUNG 2. ART 434
8.5.2 NEWTON-EULER-FORMALISMUS 435
8.5.3 UEBERGANG ZUR NUMERIK UND INTEGRATION 438
8.5.4 ANIMATIONSMODELL 439
8.5.5 SCHWINGUNGSVERHALTEN 441
8.5.6 VORWAERTSDYNAMIK MIT SIMMECHANICS 443
8.5.7 INVERSE DYNAMIK 446
8.6 HUBSCHWINGUNGEN EINES VIERTELFAHRZEUGS MIT NICHTLINEAREM STOSSDAEMPFER
447
8.7 DYNAMIK DES LEVITRON-KREISELS 449
8.8 BALANCIERENDER ROBOTER 450
8.8.1 MOTIVATION 451
8.8.2 MODELLVORAUSSETZUNGEN UND ANNAHMEN 451
8.8.3 HERLEITUNG DER BEWEGUNGSGLEICHUNGEN 452
LITERATURVERZEICHNIS 453
STICHWORTVERZEICHNIS 457 |
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