Aktorik, Sensorik und Systemdynamik

Im Modul "Sensorik" werden die physikalischen Grundprinzipien und der prinzipielle Aufbau von Sensoren betrachtet, die häufig für die Messung mechatronischer Größen herangezogen werden. Auch auf mechanische Umsetzer und die erforderliche Sensorelekronik wird eingegangen. Die freiwillige Laborveranstaltung legt ihren Fokus speziell auf Dehnungsmessstreifen und Hall-Sensoren: In kleinen Gruppen werden die Wirkungsweise der Sensoren analysiert, Schwächen und Probleme, die mit der Verwendung der Sensoren einhergehen können, ermittelt und Optimierungsmöglichkeiten erarbeitet. Der Zeitaufwand pro Laborversuch beträgt ca. 90 min.

Über die freiwillige Laborveranstaltung hinaus besteht die Möglichkeit, weitere vertiefende Laborversuche zu

• DMS-Sensoren,
• induktiven Sensoren und
• kapazitiven Sensoren

zu absolvieren. In diesen Versuchen werden die in der Vorlesung erlernten Berechnungen direkt auf die Laboraufbauten angewendet und die Theorie mit der Praxis verglichen. Der Zeitaufwand ist hier entsprechend höher (jeweils ca. 180 Minuten), wobei auch die Möglichkeit zu einer individuellen Ausgestaltung der Versuche besteht.

Im Modul "Antriebstechnik" werden elektromagnetische Aktoren und Motoren vom physikalischen Effekt bis hin zur konstruktiven Gestaltung betrachtet. Die Laborübung zur Vorlesung zeigt, wie man mit Hilfe von wenigen einfachen Messungen die Betriebskennlinien eines unbekannten Gleichstrommotors ermitteln kann. Im diesem Rahmen kommt ein im Labor entwickelter Elektromotor-Prüfstand zum Einsatz, mit dem man zusätzlich auch Kleinmotoren unter einer definierten Momentenbelastung charakterisieren kann.

Über die Laborübung zur Vorlesung hinaus ermöglicht ein weiterer Versuchsaufbau, die verschiedenen in der Vorlesung behandelten (Lorentz- bzw. Reluktanz-) Aktoren in der Praxis zu erproben und auch hier die Berechnungen mit der Theorie zu vergleichen.

Im Modul "Mechatronische Systeme" werden mechatronische Systeme als Gesamtsystem betrachtet. Insbesondere wird analysiert, wie sich aus dem Zusammenspiel der Komponenten und Teilsysteme die Performance des Gesamtsystems ergibt. Das dynamische Verhalten des Reglers und der verschiedenen Bestandteile der mechatronischen Regelstrecke (Leistungselektronik, Antrieb, Mechanik, Sensorik) werden im Frequenzbereich betrachtet und die Ergebnisse ggf. in den Zeitbereich übertragen. 

Begleitend zur Vorlesung wird ein freiwilliger Laborversuch angeboten, in der ein mechatronischer Antriebsstrang an einem dSpace Rapid Control Prototyping-System betrieben wird. Das dSpace-System ermöglicht es quasi, die Analysemöglichkeiten von MATLAB auf die reale Welt anzuwenden. Im Laborversuch wird das Verhalten der Regelstrecke im Frequenzbereich identifiziert und anschließend verschiedene Regler in ihrer Wirkung untersucht. Die mechanischen Eigenschaften der Regelstrecke können durch einfache Umbauten modifiziert werden. 

In dem Laborversuch werden die in der Vorlesung vermittelten Kompetenzen durch Experimentieren mit moderner praxisnaher Austattung vertieft und in einer Beispielanwendung umgesetzt. Auch hier bestehen wieder viele Freiräume für eine individuelle Ausgestaltung.

Während sich die "Antriebstechnik" den elektromagnetischen Aktoren und Motoren widmet, stehen im englischsprachigen Modul "Advanced Actuators" unkonventionelle Aktoren auf Basis intelligenter Materialien im Vordergrund. Auch diese werden wieder vom physikalischen Effekt bis hin zum fertigen Aktor dargestellt. Insbesondere geht die Vorlesung auf Piezo- und Formgedächtnis-Aktoren ein, da diese aktuell den breitesten industriellen Einsatz sehen. Im Zuge eines Rechner-Labors werden Formgedächtnis-Aktuatoren am Rechner modelliert und ausgelegt. Die Vorlesung bietet somit einen guten Einstieg in eine Abschlussarbeit oder die Forschung im Bereich der Formgedächtnis-Aktoren.