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Entwurf mechatronischer Systeme > Implementierungstechnik > Flashcards

Implementierungstechnik Flashcards

1
Q

Welche wichtige Komponenten enthalten die Mikrocontroller?

A
  1. CPU/Rechenkern; Speicher (Haupt-/Programm)
  2. Taktaufbereitung; Spannungsaufbereitung
  3. Periphere Einheiten (Ports, ADU, DAU, Timer, I/O)
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2
Q

Zeichnen Sie ein Mikrocontroller

A

Folie 5

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3
Q

Was sind die Unterscheidungskriterien Mikrocontroller zu CPU (PC)?

A
  1. RAM: weinige Kilobyte < – > mehrere Gigabyte
  2. Verarbeitungsgeschwindigkeit: 1..ca. 400 MHz < – > 3+ GHz
  3. Unterschiedliche Spezialisierunsgeinheiten: Timer, IO, ADC < – > MMX, SSE2, Floating Point Units
  4. Anzahl der Verarbeitungseinheiten: (noch) meist Singlecore < – > heute meist Multicore
  5. Programmspeicher: wenige Kilobyte bis wenige Megabyte < – > Festplatten mit teilweise mehr als 1 Terrabyte
  6. Anzeigemöglichkeiten: Keine/kleine Displays/LEDs < – > Grafikkarten mit 3D, großem Monitor
  7. Funktionsflexibilität: Für speziellen Anwendungsfall entwickelt < – > Systeme für großes Anwendungsspektrum
  8. Funktionsentwicklung: Software und Hardware aufeinander abgestimmt < – > Durch Abstraktion (Treiber) starke Entkopplung Hardware und Software
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4
Q

Was sind die Aufgaben von Steuergeräten in mechatronischen Systemen?

A
  1. Umsetzung von Teilaufgaben zur Erfüllung der Systemanforderungen:
    a) Regelungen
    b) Steuerungen
    c) Prozessüberwachung (z.B. Notabschaltung, …)
  2. Teilaufgaben ohne direkten Bezug zur Grundfunktion
    a) Diagnose zur Fehlerfindung
    b) Einhaltung funktionaler Sicherheit (ISO61508)
  3. Erfüllung von Aufgaben zur Nutzerinteraktion
    a) MMI (Display, Tastatur, …)
    b) Schutzeinrichtungen (z.B. in Fabrikautomatisierung)
  4. Anpassung von Sensorsignalen zur Verarbeitung im Mikrocontroller
  5. Anpassung von Aktorikinformationen für die Ansteuerung von Aktoren
  6. Flexible Anpassung der Steuerungen/Regelungen (vs. Nockenwellen)
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5
Q

Was ist das Ziel der Aufstellung von den Entwurfskriterien?

A
  1. Basis für den Nachweis, dass alle wichtigen Aspekte bearbeitet wurden
  2. Konzentration auf Teilbereiche, um diese umfassend zu bearbeiten, statt „wild“ Gedanken zusammenzutragen und dabei zu allgemein zu werden.
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6
Q

Wie kann man die Entwurfskriterien anwenden?

A

Anwendung
1. Erstellung der Struktur mit allen Domänen, in für die das weitere Vorgehen untersucht werden

  1. Analyse des Lastenheftes/Pflichtenheftes bezüglich wichtiger Kriterien aus Sicht des Design-Ingenieurs (Erstellung der Lösungsbeschreibung)
  2. Bei Identifikation von Lücken muss durch Kommunikation oder Recherche Aussagensicherheit geschaffen werden
  3. Es muss das Bewusstsein vorhanden sein, dass mit einer derartigen Strukturierung nicht alle Entwurfsaspekte abgedeckt sind, und während des Entwurfs weitere hinzu kommen können und werden
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7
Q

Was sind die Schritte für die Funktionsentwicklung?

A
  1. Funktionsbeschreibung
    a) Analyse des Pflichtenheftes (Funktion und Randbedingungen)
    b) Ermittlung der Systemfunktion
  2. Systemfunktionen ermitteln
    a) Dekomposition der Gesamtfunktion
    b) Ermittlung wichtiger Teilfunktionen und Bestandteile
  3. Mapping: Teilfunktionen -> Hardware
    a) Funktionen müssen durch Komponenten erfüllt werden
  4. Entwurf: Teilkomp./-funktionen
    Lösungsentwurf:
    a) Ideale Lösung ermitteln
    b) Realistische Lösung entwerfen
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8
Q

Was ist die Aufgabe von Sensoren?

A

Wandlung einer Prozessgröße X in eine Messgröße Y

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9
Q

Was ist eine Prozessgröße X?

A
  1. Physikalische Größe in einem mechatronischen System

2. meist in nichtelektrischer Form

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10
Q

Was ist eine Messgröße Y?

A
  1. Messbare Größe, die in einem bekannten Verhältnis zur Prozessgröße steht
  2. meist elektr. (Spannung oder Strom)
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11
Q

Was sind die Störgrößen Z?

A
  1. Einflüsse, die den Sensor stören und dessen Genauigkeit beeinflussen
  2. Bspw. Temperatur, Hilfsenergie, EMV, …
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12
Q

Zeichnen Sie eine Diagramme von einem Sensor zusammen mit den Stör-, Mess- und Prozessgrössen.

A

Folie 38 Prüfungsvorbereitung

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13
Q

Was ist die Messkette und Einordnung des Sensors?

Zeichnen Sie eine Diagramme

A

Folie 39 Prüfungsvorbereitung

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14
Q

Was sind die Prozessgrössen von Sensoren?

Zeichnen Sie eine Diagramme

A

Folie 40 Prüfungsvorbereitung

  1. Mechanisch (Induktion, Piezoeffekt)
  2. Elektrisch (Ohmsches Gesetz)
  3. Magnetisch (Hall-Effekt)
  4. Thermisch (Seebeck-Effekt)
  5. Optisch (Fotoelektr. Effekt)
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15
Q

Was sind die Messgrössen von Sensoren?

Zeichnen Sie eine Diagramme

A

Elektrisch (Spannung, Strom, Zeitverlauf, Spannungsimpulse)

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16
Q

Was sind die Fehlerarten von Sensoren? Mit Zeichnen!

A
  1. Nullpunktfehler
  2. Steigungsfehler
  3. Linearitätsfehler
  4. Hysteresefehler
  5. Bereichsfehler
  6. Auflösungsfehler

FOLIE 46 Prüfungsvorbereitung

17
Q

Was sind die Integrationsstufen von Sensoren (Messkette). Zeichnen Sie eine Diagramme

A

Folie 41 Prüfungsvorbereitung

Konventionell SE -> ANALOG -> SA AD MC

  1. Integrationsstufe SE SA -> ANALOG -> AD MC
  2. Integrationsstufe SE SA AD -> DIGITAL -> MC
  3. Integrationsstufe SE SA AD MC -> DIGITAL -> MC
18
Q

Geben Sie ein Beispiel für ein Sensorverfahren

A

Sauerstoffkonzentrations-Sensor
• In Stahlgehäuse ist ein Keramik-Element (Festkörperelektrolyt – Mischoxid der Elemente Zirconium und Yttrium).
• Die Oberflächen sind beidseitig mit Elektroden aus einer mikroporösen dünnen Edelmetallschicht (Platin) bedeckt.
• Der äußere Teile des Keramikkörpers (Außenelektrode) befindet sich im Abgasstrom und der innere Teil steht mit der Umgebungsluft in Verbindung.
• Der Sondenkörper ist mit einem Heizelement und elektrischen Anschluss ausgestattet

19
Q

Was ist die Definition einer Analog-Digital-Wandlung? Mit Zeichnen eines Beispiels

A

Die Analog-Digital-Wandlung ist eine Umwandlung analoger Signale in digitale Daten (Ströme) nach unterschiedlichen Verfahren, um sie anschließend weiter verarbeiten zu können.

Beispiel
(nichtelektr. Messgrösse) -> SENSOR -> (elektr. Messgrösse) -> A/D WANDLER -> (digitalen Daten) -> Mikrocontroller

20
Q

Was ist die Sukzessive Approximation (Wägeverfahren)?

A

Schrittweise Approximation einer Vergleichspannung Uk an den Wert der Messgröße UE. Dabei erfordert eine Auflösung von n-bit n Vergleichsschritte.

21
Q

Wie kann man die Fehler von Sensoren und Analog-Digital-Umsetzern vermeiden?

A
  1. Geeignete Sensorauswahl / AD-Umsetzer Auswahl
    a) Auswahl eines Sensors dessen Parameter zum Einsatzzweck (siehe Anforderungsdefinition) passen
    b) Technisch angepasste Sensoren verwenden (z. B. induktive Drehzahlsensoren statt optischer in rauhen Industrieumgebungen)
  2. Aufbereitung der Messgrößen
    a) Signalvorverarbeitung verwenden, welche angemessen ist für die Aufgabe
  3. Eliminierung von Störeinflüssen
    a) Positionierung des Sensors (z. B. möglichst weit von Störquellen entfernt)
  4. Kalibrierung eines Sensors an Hand bekannter Ein-/Ausgabegrößen
    a) Vermessung des Sensors (bzw. eines Referenzsensors)
    b) Ermittlung von Korrekturwerten
    c) Anwendung der Korrekturwerte auf die Messungen (digitale Nachberarbeitung)
  5. Angepasste Erwartungshaltung
    a) Fehler tolerieren, wenn die Systemaufgabe weiterhin erfüllt wird
    b) Prinzip: „So genau wie nötig, statt so genau wie möglich“ -> Gesamtsystem betrachten
22
Q

Definition von einem pulsweitenmodulierten Signal?

A

Ein pulsweitenmoduliertes Signal ist ein Signal, welches zyklisch zwischen den Logikpegeln „High“ und „Low“ wechselt.

23
Q

Wozu werden pulsweitenmodulierte Signale verwendet?

A

Puls-Weiten-Modulierte Signale werden zur Ansteuerung von elektromagnetischen Stellgliedern genutzt.

24
Q

Beispiele von Anwendungen von Pulsweitenmodulierten Signalen.

A
  1. Motoren
  2. Helligkeit LED
  3. Sitz-, Scheiben-, Lenkradheizung b
  4. Abgasrückführventil (AGR)
  5. Ladedrucksteller
25
Q

Wie wirkt das Tiefpassverhalten in der Strecke?

A

Tiefpassverhalten in der Strecke wirkt wie kontinuierliches Signal!

26
Q

Zeichnen ein pulsweitenmoduliertes Signal

A

Folie 48 Prüfungsvorbereitung

27
Q

Merkmale von PWM

A
  1. Erzeugung der Ausgangsspannung über gepulst betriebene Transistorsteller  hoher Wirkungsgrad
  2. Entweder konstante Pulsfrequenz oder konstante Einschaltzeit
  3. Einschaltzeit: Strom IA durch den Anker des anzusteuernden Motors
  4. Ausschaltzeit: Freilaufstrom IF durch Motorwicklung und Freilaufdiode getrieben durch
    Induktivität der Ankerwicklung (bei hohen Pulsfrequenzen (>1kHz) Ankerinduktivität zur
    Stromglättung ausreichend)
  5. Volles Drehmoment über gesamte Periodendauer, da immer ein Strom fließt

Entwurf mechatronischer Systeme (9 decks)

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