Institut für Mechatronik
Das Labor Elektrische Antriebe ist räumlich ein Teil des Laborbereichs Mechatronik.
Mit Hilfe von Selbstlernprogrammen und den Versuchsaufbauten für den Gleichstrommotor und den
Asynchronmotor können die Studierenden im Grundstudium die Funktion und Charakteristika der
unterschiedlichen Antriebe analysieren.
Das Labor verfügt über ein elektronisches Schließsystem, so dass für die Veranstaltung angemeldete Studierende über ihre Ostfalia-Card jederzeit (24/8) Zugang zum Selbststudium haben.
Informationen zu den Lehrinhalten finden Sie in den Modulhandbüchern.
Informationen wie Vorlesungs- und Laborunterlagen, Klausuren, Übungsaufgaben, etc. finden Sie unter Stud.IP
Das Labor Elektrotechnik im 2. Semester ist mit sechs Arbeitsplätzen ausgestattet.
In den Versuch werden die theoretischen Grundlagen aus der Vorlesung Elektrotechnik vermittelt. Der Inhalt der Experimente vermittelt den messtechnischen Umgang mit verschiedenen Geräten und Schaltungen der Elektrotechnik.
Die Gruppen der Studierenden arbeiten zu zweit an einem Versuchsstand und werden interaktiv mit einem computergestütztes Trainings- und Experimentiersystem durch die verschiedene Themen angeleitet.
Laborraum G009 – Elektrotechnik
Das Labor für Elektrotechnik vermittelt im 2. Semester des Bachelorstudiums Maschinenbau Grundkenntnisse in Elektrotechnik und wird von der Lehrkraft Dipl.-Ing. Bensenouci Zemmiri geleitet.
Eine kurze Beschreibung der Experimente soll den Studierenden ein Überblick über die vier Versuchsdurchführungen geben.
Verwendeter Versuchsaufbau (Firma Lucas-Nülle)
Versuch 1: Darstellung auf dem PC
Versuch 2: Darstellung auf dem PC
Versuch 3: Darstellung auf dem PC
Versuch 4: Darstellung auf dem PC
Informationen zu den Lehrinhalten finden Sie in den Modulhandbüchern.
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Im Labor Embedded Systems lernen die Studierenden des Masterstudiengangs „System Engineering“ am Beispiel eines elektrisch angetriebenen Karts (EKart) die Funktion von Teilsystemen (Elektrische Antriebssteuerung, Batteriemanagement, Fahrzeugrechner) sowie das Zusammenwirken der Teilsysteme in einem Gesamtsystem. Die Vernetzung der Teilsysteme erfolgt über den CAN-Bus.
Darüber hinaus steht ein mechatronischer Hardware-in-the Loop-Testaufbau mit elektrischen Servoantrieben als Lastsimulation zum Test des Gesamtsystems zur Verfügung.
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Die Fahrzeugentwicklung ist geprägt durch die Zunahme mechatronischer Systeme sowohl zur Erhöhung der Sicherheit als auch der Fahrdynamik und des Komforts. Beispiele solcher Systeme sind die Abstandsregelung Active Cruise Control (ACC) zur Einhaltung eines gewünschten Fahrzeugabstands oder der Park-Lenk-Assistent (PLA), der das Lenken eines Fahrzeugs beim Parken übernimmt.
Die Entwicklung eines komplexen mechatronischen Systems bedarf einer ganzheitlichen modellbasierten Methode. Diese Entwicklungsmethode wird am Beispiel des Reglerentwurfs für ein Steer-by-Wire System von den Studierenden im Labor für Fahrzeugmechatronik praktiziert. Dabei wird der von den Studierenden modellbasiert entworfene Regler von Model-in-the-Loop (MiL) über Software-in-the-Loop (SiL) bis hin zu Hardware-in-the-Loop (HiL) erprobt.
HiL-Prüfstand eines Einradmoduls
Für die HiL-Erprobung unter Echtzeitbedingungen stehen 6 Einradmodul-Prüfstände mit Echtzeithardware der Fa. dSPACE zur Verfügung, an denen die Teilnehmer in kleinen Gruppen von etwa 2 Personen direkt arbeiten können. Diese Bedingungen ermöglichen eine sehr praxisorientierte Ausbildung aller Laborteilnehmer.
Im Labor wird zunächst die Quer- und Lenkdynamik eines Fahrzeugs als DGL, Übertragungsfunktion und in der Zustandsdarstellung modelliert und in MATLAB/Simulink implementiert. Das Modell wird danach im Zeit- und Frequenzbereich analysiert.
Anhand des Lenkungsmodells wird eine Kaskadenregelung für eine gewünschte kontrollierte Dynamik entsprechend den Anforderungen an die Regelung modellbasiert entworfen und als MiL erprobt. Anschließend wird mit dem Real-Time-Workshop (RTW) und dem Real-Time-Interface (RTI) der C-Code des Regelalgorithmus’ generiert und als SiL und danach als HiL am Einradmodul-Prüfstand getestet. Dabei wird als Echtzeithardware das DS1104 R&D Controller Board der Fa. dSPACE verwendet.
Neben der mechatronischen Entwicklung liegt ein weiterer Schwerpunkt des Labors in der Einführung in die Bedienung der dSPACE-Entwicklungsumgebung. Zur Steuerung des Echtzeitprozesses wird ein graphisches User-Interface in der Software ControlDesk erstellt, die als Schnittstelle zur Echtzeithardware dient.
Das Labor für Fahrzeugmechatronik findet im Rahmen des Wahlpflichtmoduls Fahrzeugmechatronik statt. Das gesamte Modul wird von Prof. X. Liu-Henke gelehrt.
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Bereich: Mechatronik, Raum A063
Das Labor für Informatik bietet den Studierenden die Möglichkeit zur Anwendung der in den Grundlagenvorlesungen zur Informatikerlangten Kenntnisse an praktischen Beispielen aus dem Maschinenbau. Dazu stehen direkt im Labor verschieden Systeme für die angewandte Programmierung vom humanoiden Roboter NAO, über eine Fabriksimulation und ein rotatorisches inverses Pendel bis hin zu mit Sensoren ausgestatteten funkferngesteuerten Fahrzeugen zur Verfügung.
Abbildung 1: NAO (Quelle
https://www.softbankrobotics.com/us/nao)
Abbildung 2: Fabriksimulation (Quelle https://www.fischertechnik.de)
Abbildung 3: RC-Car (Quelle
http://www.conrad.de)
Abbildung4: RotatorischesPendel (Quelle http://www.ni.com)
Des Weiteren wurden verschiedene Maschinen aus dem Fertigungsbereich der Ostfalia mit zusätzlichen Sensoren ausgestattet, wodurch die Studierenden im Rahmen der Laborveranstaltungen Aufgaben aus dem Bereich der Prozessdatenauswertung und der Prozessdatenvisualisierung bearbeiten können.
Abbildung 5: DGX-Station (Quelle http://www.nvidea.com)
Das Labor für Informatik beherbergt zugleich das Industrial Internet of Things Lab, welches
den Studierenden die Möglichkeit bietet, Projekte im Umfeld des Industrial Internet of Things zu
bearbeiten. Dazu stehen verschiedenste Smarte Sensoren zur Verfügung, die projektbezogen zur
Messdatenerfassung, -vorverarbeitung (Egde-Computing) und -übertragung mithilfe von
IoT-Funktechnologien eingesetzt werden können. Darauf aufbauend können Studierende ergänzend zu den
Vorlesung Cyber-Physical-Systems und Methoden der Künstlichen Intelligenz Ansätze aus dem Bereich
des Knowledge Discovery in Database und des Machine Learnings an praktischen Beispielen erproben.
Ein besonderes Highlight stellt der speziell für das Training Künstlicher Neuronaler Netze
entwickelte Hochleistungsrechner „DGX-Station“ der Firma NVIDEA dar.
Das Industrial Internet of Things Lab bildet zugleich die Forschungsplattform der Professur
für Steuerungstechnik und Informatik.
Zu den Arbeitsschwerpunkten gehören:
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Mechatronische Systeme bestehen aus mehreren Teilsystemen, die dem Bereich der Informatik, der Elektronik und der Mechanik zugeordnet sind. Die Mechanik stellt üblicherweise das zu regelnde Teilsystem dar, während die Elektronik gemeinsam mit den Sensoren und Aktoren die Schnittstelle zum Teilsystem Regler abbildet. Der Regler existiert als Software auf einem Mikrocontroller und repräsentiert damit den Bereich der Informatik.
Die Entwicklung Mechatronischer Systeme muss die hohe Komplexität der Systeme berücksichtigen, insbesondere vor dem Hintergrund immer kürzer werdender Entwicklungszeiten. Diese Anforderungen werden durch das Vorgehensmodell der Mechatronischen Systementwicklung berücksichtigt.
Vorgehensmodell der Mechatronischen Systementwicklung.
Das zu entwickelnde Gesamtsystem wird zunächst in Form eines mathematischen Modells auf einem Rechner simuliert. Nach erfolgreicher Simulation wird ein Teil des System aus der Simulation mit Hilfe von Rapid Prototyping Systemen in die Praxis umgesetzt und erprobt. Parallel dazu beginnt die Programmierung des Mikrocontrollers der Steuerung. Auf der rechten Seite des Vorgehensmodells ist die Validierung der Software, des Systems sowie die abschließende Applikation des Gesamtsystems vorgesehen.
Einsatz von Tools im Mechatronischen Entwicklungsprozess
Darüber hinaus wird das Labor intensiv zur Durchführung von Forschungsprojekten genutzt.
Das Labor verfügt über ein elektronisches Schließsystem, so dass für die Veranstaltung angemeldete Studierende über ihre FHcard jederzeit (24/8) Zugang zum Selbststudium haben.
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Die Regelungstechnik wird zur gezielten Beeinflussung dynamischer Prozesse angewandt. Damit wird Systemen ein gewünschtes kontrolliertes Verhalten aufgeprägt, was zu verbesserten oder sogar zu neuen Funktionen führt.
In der Grundlagenvorlesung wird der modellbasierte Reglerentwurf für lineare, zeitinvariante und kontinuierliche Systeme gelehrt. Die dort erworbenen Kenntnisse und Methoden werden im Labor für Regelungstechnik von den Studierenden praxisnah umgesetzt.
In kleinen Gruppen führen die Studierenden folgende vier Versuche durch:
HiL-Prüfstand Verladebrücke
Mehrkoordinatenantrieb
Prüfstand zur Wasserstandsregelung
Die Laboraufgaben werden in Gruppen mit 3 bzw. 4 Personen durchgeführt. Nach der Labordurchführung hält jeder Teilnehmer einen mündlichen Vortrag im Kolloquium. Für alle Versuche ist eine Laborvor und -nachbereitung durchzuführen. Die Labornachbereitung basiert auf den im Labor ermittelten Messungen und dient als Basis für das Kolloquium.
Das Labor für Regelungstechnik findet im 4. Semester des Bachelorstudiums Maschinenbau unter der Betreuung von Prof. X. Liu-Henke statt.
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Das Labor für Steuerungstechnik verfügt über sechs Arbeitsplätze mit Transfermodelle als Demonstrationsobjekte. Diese Praxisveranstaltung wird im Rahmen einer vorlesungsbegleitenden Veranstaltung im 6. Semester des Maschinenbaustudiums angeboten. Darüber hinaus werden andere Arbeitsplätze für Studien- und Bachelorarbeiten im Labor für Steuerungstechnik zur Verfügung gestellt. Die Themen der Bachelorarbeiten sind sehr vielfältig und decken viele Gebiete aus der Automatisierungstechnik, wie z.B. Visualisierung mit Win CC flexible, Vernetzungen mit Profinet, Profibus, IWLAN und Antriebstechnik mit Motion Control Systeme. Für diese und andere Themen der Mechatronik stehen im Labor für Steuerungstechnik sowohl moderne Hardwaregeräte wie drei Microbox 420, mehrere fehlersichere CPUs und T-Steuerungen als auch sehr aktuelle Software wie TIA-Portal zur Verfügung.
Die Studierenden programmieren im Rahmen der Laborveranstaltungen ein Transfermodell, das aus einem Grundgestell, dem Förderband mit zwei Auswurfeinrichtungen, Schaltern und Sensoranschlüssen besteht. Dieses Transfermodell soll nach Fertigstellung des Programms die Sortierung je nach Art der Materialien ausführen. Die Studierenden lernen dabei logisch und strukturiert die Programme zu gestalten, die online auszutesten und bei Bedarf zu verbessern oder zu optimieren.
Das Labor vermittelt im 6. Semester des Bachelorstudiums Maschinenbau, Vertiefung Mechatronik, praktische Kenntnisse der Steuerungstechnik (vorlesungsbegleitend) und wird von der Lehrkraft Dipl.-Ing. Bensenouci Zemmiri geleitet.
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