Modellierung und Simulation Mechatronischer Systeme

System Engineering bezieht sich auf einen interdisziplinären Ansatz, der auf die Entwicklung und das Management komplexer Systeme abzielt. Mechatronische Systeme vereinen Mechanik, Elektronik und Informatik und sind in vielen modernen Technologien und Produkten zu finden. Die Modellierung und Simulation solcher Systeme spielt eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung und Optimierung ihrer Funktionalität. Durch die Erstellung von mathematischen Modellen können Ingenieure das Verhalten des Systems vorhersagen und verschiedene Szenarien virtuell testen. Dies ermöglicht es, Fehler frühzeitig zu erkennen, die Leistung zu optimieren und die Entwicklungskosten zu reduzieren. Die Simulation mechatronischer Systeme ist daher ein unverzichtbares Werkzeug für Ingenieure, um innovative und zuverlässige Produkte zu entwickeln.

Ein wichtiger Bestandteil des System Engineerings ist der modellbasierte Entwurf mechatronischer Systeme. Insbesondere unter Verwendung von Werkzeugen wie Matlab/Simulink, umfasst er verschiedene entscheidende Aspekte. Einer dieser Aspekte ist die Reglerauslegung und -optimierung, bei der präzise Kontrollalgorithmen entwickelt werden, um die gewünschten Leistungsparameter zu erreichen. Durch den Einsatz von Simulationstechniken können diese Regler optimiert und auf ihre Wirksamkeit hin überprüft werden.

Ein weiterer Schlüsselaspekt im System Engineering ist die Modellvalidierung, die die Richtigkeit und Zuverlässigkeit des entwickelten Modells sicherstellt. Dies beinhaltet die präzise Aufbereitung von Messdaten und die Verarbeitung von Informationen, um sicherzustellen, dass das Modell die realen Systemdynamiken genau repräsentiert. Die Modellierung dynamischer Systeme spielt ebenfalls eine zentrale Rolle. Hier kommen Techniken wie die Finite-Elemente-Methode (FEM) und die Mehrkörpersimulation zum Einsatz. Diese Ansätze ermöglichen eine detaillierte und präzise Darstellung der mechanischen Strukturen und Bewegungen innerhalb des mechatronischen Systems.

Schließlich beinhaltet der modellbasierte Entwurf auch verschiedene mehrkriterielle Optimierungsmethoden. Diese zielen darauf ab, verschiedene Zielgrößen gleichzeitig zu optimieren, um ein ausgewogenes und effizientes mechatronisches System zu entwickeln. Solche Optimierungsverfahren ermöglichen es, Trade-offs zwischen verschiedenen Leistungsaspekten zu berücksichtigen und so die Gesamtleistung des Systems zu verbessern. Insgesamt trägt der modellbasierte Entwurf maßgeblich zur Entwicklung hochleistungsfähiger und zuverlässiger mechatronischer Systeme bei.