Inhalt	10
	1 Einleitung und Grundbegriffe	14
	1.1 Grundbegriffe der Mechatronik	14
	1.2 Prozessanalyse mechatronischer Systeme	17
	1.3 Modellbildung und Funktionsbegriff in der Mechatronik	22
	1.4 Entwurf mechatronischer Systeme	25
	1.5 Gliederung des Buches	28
	2 Aktoren	30
	2.1 Aufbau und Wirkungsweise der Aktoren	31
	2.2 Aufbau und Wirkprinzipien elektromagnetischer Aktoren	35
	2.2.1 Grundlagen elektrodynamischer Wandler	36
	2.2.2 Bauformen elektrodynamischer Wandler	40
	2.2.3 Grundlagen elektromagnetischer Wandler	43
	2.2.4 Bauformen elektromagentischer Wandler	47
	2.2.5 Ausführungen und Kenndaten elektromagnetischer Aktoren	48
	2.3 Fluidische Aktoren	52
	2.3.1 Gegenüberstellung von hydraulischen und pneumatischen Aktoren	55
	2.3.2 Grundlagen hydraulischer Wandler	56
	2.3.3 Ausführungsformen und Kenndaten hydraulischer Aktoren	60
	2.4 Neuartige Aktoren	63
	2.4.1 Grundlagen piezoelektrischer Wandler	63
	2.4.2 Ausführungsformen und Kenndaten piezoelektrischer Aktoren	68
	2.5 Vergleich ausgewählter Aktoren	69
	3 Sensoren	72
	3.1 Einführung und Begriffe	73
	3.2 Sensoren zur Messung von Dehnung, Kraft, Drehmoment und Druck	81
	3.2.1 Sensoren zur Messung von Dehnungen	81
	3.2.2 Auswertung von DMS und Kraftmessung	85
	3.2.3 Weitere Sensoren zur Kraft- und Druckmessung	87
	3.3 Sensoren zur Messung von Weg- und Winkelgrößen	92
	3.3.1 Potentiometrische Verfahren	92
	3.3.2 Photoelektrische Messgeräte	94
	3.3.3 Längen- und Winkelmessung durch Nutzung magnetischer Prinzipien	104
	3.3.4 Optische Triangulation	114
	3.4 Geschwindigkeits- und Winkelgeschwindigkeitssensoren	116
	3.4.1 Tachogeneratoren	117
	3.4.2 Drehratensensoren	118
	3.4.3 Laservibrometer	119
	3.5 Beschleunigungs- und Winkelbeschleunigungssensoren	120
	3.5.1 Beschleunigungssysteme basierend auf dem Feder-Masse-Prinzip	120
	3.5.2 Ferraris-Sensor	124
	3.5.3 Beschleunigungssensor mit magnetischer Wandlung	124
	3.5.4 Weitere Beschleunigungssensorprinzipien	125
	3.6 Sensoren zur Messung von Temperatur und Strömung	126
	3.6.1 Thermistoren	126
	3.6.2 Thermoelemente	129
	3.6.3 Sensoren zur Strömungsmessung: Hitzdrahtanemometer	130
	3.7 Ausblick auf weitere Sensoren	131
	4 Signalverarbeitung	138
	4.1 Darstellung von Signalen	138
	4.1.1 Signalklassen	138
	4.1.2 Verteilungs- und Verteilungsdichtefunktion	140
	4.1.3 Signalkennwerte und Signalkennfunktionen	142
	4.1.4 Formfiltersynthese	150
	4.1.5 Überlagerung von Signalen	153
	4.1.6 Zeitdiskrete Signale, periodische Abtastung	157
	4.1.7 Näherungsformeln und Rechenvorschriften	160
	4.2 Filtertechnologien	165
	4.2.1 Filter zur Signalverarbeitung	165
	4.2.2 Filter zur Erzeugung zeitlicher Ableitungen	170
	4.2.3 Optimale Filterung: Kalman-Filter	173
	4.2.4 Erweiterungen des Kalman-Filters	180
	5 Prozessdatenverarbeitung	186
	5.1 Begriffe der Echtzeitdatenverarbeitung	187
	5.2 Ereignisbehandlung	188
	5.3 Multitasking	192
	5.3.1 Prozesszustände	192
	5.3.2 Task-Einplanung und Schedulingstrategien	196
	5.3.3 Synchronisation von Prozessen	200
	5.3.4 Spezielle Hardware-Architekturen	208
	5.4 Echtzeitkonforme Netzwerke	209
	5.5 Bewertung von Echtzeitsystemen	212
	6 Modellbildung von Mehrkörpersystemen	216
	6.1 Kinematik von Mehrkörpersystemen	218
	6.1.1 Koordinatensysteme und Koordinatentransformationen	218
	6.1.2 Beispiele für Rotationsmatrizen (Drehmatrizen)	221
	6.1.3 Homogene Koordinaten und homogene Transformationen	224
	6.1.4 Mechanische Ersatzsysteme mit Baumstruktur	228
	6.1.5 Direkte und inverse Kinematik	231
	6.1.6 Differentielle Kinematik und Jacobi-Matrix	235
	6.2 Kinetik von Mehrkörpersystemen	238
	6.2.1 Grundgleichungen für den starren Körper	240
	6.2.2 Newton-Euler-Methode	244
	6.2.3 Lagrange'sche Methode	248
	7 Systembeschreibung	254
	7.1 Lineare, zeitinvariante Systeme	254
	7.1.1 Klemmenmodell	255
	7.1.2 Zustandsraumdarstellung	258
	7.1.3 Stabilitätsbegriff	263
	7.1.4 Stabilitätskriterien – Systemmatrix	266
	7.1.5 Stabilitätskriterien – Übertragungsfunktion	269
	7.2 Modellvereinfachung und -reduktion	274
	7.2.1 Approximation	275
	7.2.2 Linearisierung	278
	7.2.3 Ordnungsreduktion	282
	7.3 Parameter- und Systemidentifikation	287
	7.3.1 Einführung in Schätzprobleme	288
	7.3.2 Prozess zur Identifikation	292
	7.3.3 Identifikation parametrischer, linearer, zeitdiskreter Systeme	294
	7.4 Aspekte der Identifikation in der Praxis	302
	7.4.1 Datenvorverarbeitung	302
	7.4.2 Bestimmung der Modellordnung	303
	7.4.3 Identifizierbarkeit und Anregung	308
	7.4.4 Identifikation im geschlossenen Regelkreis	312
	7.4.5 Identifikation kontinuierlicher Systeme	314
	7.4.6 Parameteridentifikation mechatronischer Systeme	318
	8 Regelung	322
	8.1 Entwurfsziele und Grundlagen	323
	8.1.1 Bewertungskriterien	324
	8.1.2 Empfindlichkeitsfunktionen und Entwurfslimitierungen	327
	8.2 Klassische Regelung linearer Systeme	337
	8.2.1 PID-Regler	337
	8.2.2 Auslegungsverfahren	339
	8.3 Zustandsregelung	345
	8.3.1 Einführung in die Zustandsregelung	345
	8.3.2 Beobachter und beobachtergestützte Regelung	349
	8.4 Optimale und robuste Regelung	354
	8.4.1 Optimale Regelung mit quadratischem Gütemaß	355
	8.4.2 Robuste Regelung (H2-, H-Regelung)	362
	8.5 Digitale Regelung (Abtastregelung)	370
	8.5.1 Zeitdiskrete Systembeschreibung	371
	8.5.2 Entwurf und Implementierung digitaler Regelungen	383
	8.6 Ausblick: Weitere Regelungsverfahren	397
	9 Beispiele mechatronischer Systeme	400
	A Mathematische Grundlagen	404
	A.1 Integraltransformationen	404
	A.1.1 Laplace-Transformation	404
	A.1.2 Fourier-Transformation	405
	A.1.3 Z-Transformation	407
	A.1.4 Korrespondenztabellen und deren Anwendung	408
	A.2 Matrizenrechnung	410
	A.2.1 Begriffe und einfache Rechenregeln	410
	A.2.2 Eigenwerte, Eigenvektoren	411
	A.2.3 Ähnlichkeitstransformation (Hauptachsentransformation)	412
	A.2.4 Normen	413
	A.2.5 Lineare Gleichungssysteme und Singulärwertzerlegung	415
	A.3 Lineare, zeitinvariante dynamische Systeme	417
	Formelzeichen und Abkürzungen	420
	Literatur	428
	Index	438