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Analyse und Simulation technischer Systeme

Modulbezeichnung:
Bezeichnung des Moduls innerhalb des Studiengangs. Sie soll eine präzise und verständliche Überschrift des Modulinhalts darstellen.
Analyse und Simulation technischer Systeme
Studiengang:
Studiengang mit Beginn der Gültigkeit der betreffenden ASPO-Anlage/Studienordnung des Studiengangs, in dem dieses Modul zum Studienprogramm gehört (=Start der ersten Erstsemester-Kohorte, die nach dieser Ordnung studiert).
Wirtschaftsingenieurwesen, Master, ASPO 01.04.2022
Code: WIM22-130
SAP-Submodul-Nr.:
Die Prüfungsverwaltung mittels SAP-SLCM vergibt für jede Prüfungsart in einem Modul eine SAP-Submodul-Nr (= P-Nummer). Gleiche Module in unterschiedlichen Studiengängen haben bei gleicher Prüfungsart die gleiche SAP-Submodul-Nr..
P450-0355, P450-0356
SWS/Lehrform:
Die Anzahl der Semesterwochenstunden (SWS) wird als Zusammensetzung von Vorlesungsstunden (V), Übungsstunden (U), Praktikumsstunden (P) oder Projektarbeitsstunden (PA) angegeben. Beispielsweise besteht eine Veranstaltung der Form 2V+2U aus 2 Vorlesungsstunden und 2 Übungsstunden pro Woche.
2V+2U (4 Semesterwochenstunden)
ECTS-Punkte:
Die Anzahl der Punkte nach ECTS (Leistungspunkte, Kreditpunkte), die dem Studierenden bei erfolgreicher Ableistung des Moduls gutgeschrieben werden. Die ECTS-Punkte entscheiden über die Gewichtung des Fachs bei der Berechnung der Durchschnittsnote im Abschlusszeugnis. Jedem ECTS-Punkt entsprechen 30 studentische Arbeitsstunden (Anwesenheit, Vor- und Nachbereitung, Prüfungsvorbereitung, ggfs. Zeit zur Bearbeitung eines Projekts), verteilt über die gesamte Zeit des Semesters (26 Wochen).
6
Studiensemester: 1
Pflichtfach: ja
Arbeitssprache:
Deutsch
Prüfungsart:
Analyse technischer Systeme = Klausur (50% der Modulnote)
Simulation technischer Systeme = Klausur (50% der Modulnote)
jede Teilleistung muss bestanden sein - jeder Prüfungsteil wird semesterweise angeboten (2x im Studienjahr)

[letzte Änderung 12.11.2021]
Verwendbarkeit / Zuordnung zum Curriculum:
Alle Studienprogramme, die das Modul enthalten mit Jahresangabe der entsprechenden Studienordnung / ASPO-Anlage.

WIM22-130 (P450-0355, P450-0356) Wirtschaftsingenieurwesen, Master, ASPO 01.04.2022 , 1. Semester, Pflichtfach
Arbeitsaufwand:
Der Arbeitsaufwand des Studierenden, der für das erfolgreiche Absolvieren eines Moduls notwendig ist, ergibt sich aus den ECTS-Punkten. Jeder ECTS-Punkt steht in der Regel für 30 Arbeitsstunden. Die Arbeitsstunden umfassen Präsenzzeit (in den Vorlesungswochen), Vor- und Nachbereitung der Vorlesung, ggfs. Abfassung einer Projektarbeit und die Vorbereitung auf die Prüfung.

Die ECTS beziehen sich auf die gesamte formale Semesterdauer (01.04.-30.09. im Sommersemester, 01.10.-31.03. im Wintersemester).
Die Präsenzzeit dieses Moduls umfasst bei 15 Semesterwochen 60 Veranstaltungsstunden (= 45 Zeitstunden). Der Gesamtumfang des Moduls beträgt bei 6 Creditpoints 180 Stunden (30 Std/ECTS). Daher stehen für die Vor- und Nachbereitung der Veranstaltung zusammen mit der Prüfungsvorbereitung 135 Stunden zur Verfügung.
Empfohlene Voraussetzungen (Module):
Keine.
Als Vorkenntnis empfohlen für Module:
Modulverantwortung:
Prof. Dr. Frank Kneip
Dozent:
Prof. Dr. Frank Kneip
Prof. Dr. Frank Ulrich Rückert


[letzte Änderung 12.11.2021]
Lernziele:
Studierende, die dieses Modul erfolgreich abgeschlossen haben, können:
 
- grundlegenden theoretische und mathematische Zusammenhänge auf dem Gebiet der Systemtheorie benennen und anhand von Beispielen erläutern
- lineare, zeitinvariante Systeme mit Hilfe der Übertragungsfunktion und des Frequenzgangs analysieren
- Systemeigenschaften an Impulsantworten und Übertragungsfunktionen ablesen
- lineare, zeitinvariante Systeme unter Verwendung von Matlab/Simulink simulieren und analysieren
- Modellgleichungen für technische Systeme aufstellen und analytisch oder numerisch lösen
- räumliche, 3-dimensionale Rechengebieten diskretisieren und graphisch darstellen
- große, dünnbesetzte Matrizen unter Verwendung von Matlab lösen
- umfangreiche Rechenergebnisse auswerten und visualisieren
- komplexe, technische Vorgänge plausibel darstellen und präsentieren
  


[letzte Änderung 28.11.2021]
Inhalt:
Teil 1 - Analyse technischer Systeme (50 %):
 
- Beschreibung linearer, zeitinvarianter Systeme im Zeitbereich
- Impulsantwort, Sprungantwort
- Laplace-Transformation, Systeme im Laplace-Bereich
- Spektrum von Signalen, Fourier-Reihe, Fourier-Transformation
- Übertragungsfunktion, Frequenzgang von Systemen
- Bode-Diagramm, Stabilitätsanalyse, Eigenfrequenzen
- Simulation und Analyse in Matlab/Simulink
 
 
Teil 2 - Simulation technischer Systeme (50 %):
 
Modellbildung und Simulation technischer System mit Matlab:
- 3D-Simulation eines Diffusionsproblems beim Nitrieren von Stahl
- 3D-Simulation einer Lithium-Ionen-Batterie
- Wärmeleitungsprobleme in Eisenschmelzen
- statische Fachwerkssimulation einer Brücke
- Druckverluste in Kugelschüttungen von Festbettreaktoren
- Umstellung eines Erdgasbrenners auf Wasserstoff

[letzte Änderung 29.11.2021]
Weitere Lehrmethoden und Medien:
Vorlesung, Integrierte Übungen, Implementierung in Matlab/Simulink
Präsentation von Simulationsergebnissen

[letzte Änderung 28.11.2021]
Literatur:
Föllinger, O.: Laplace-, Fourier- und z-Transformation, VDE Verlag, 2021
Weber, Hubert: Laplace-, Fourier- und z-Transformation, Springer Verlag, 2017
Frey T., Bossert M.: Signal- und Systemtheorie. Vieweg & Teubner Verlag, 2008.
Werner, M.: Signale und Systeme. Lehr- und Arbeitsbuch mit MATLAB®-Übungen und Lösungen, Springer Verlag, 2008
Glöckler, M.: Simulation mechatronischer Systeme – Grundlagen und Beispiele für MATLAB und Simulink. Springer, 2018
Pietruszka, W.: MATLAB und Simulink in der Ingenieurpraxis. Modellbildung, Berechnung, Simulation. Springer, 2014
Hoffmann, J.: Simulation technischer linearer und nichtlinearer Systeme mit Matlab/Simulink, DeGruyter, Oldenbourg, 2014
Nollau, R.: Modellierung und Simulation technischer Systeme. Springer, 2009
RRZN-Handbuch: Matlab/Simulink – Eine Einführung.
Bosl, A.: Einführung in MATLAB/Simulink. Berechnung, Programmierung, Simulation. Hanser Verlag, 2017


[letzte Änderung 28.11.2021]
[Mon Jan 30 13:22:06 CET 2023, CKEY=wausts, BKEY=wim3, CID=WIM22-130, LANGUAGE=de, DATE=30.01.2023]