MATLAB und Tools . Für die Simulation dynamischer Systeme [Gebundene Ausgabe]

Anhand praxisnaher Problemstellungen zeigt dieses Buch, wie man die neueste Version 6 von MATLAB und die entsprechenden Erweiterungen in Form von Toolboxen und Blocksets für die Simulation, Analyse und Synthese dynamischer Systeme einsetzt.

Die MATLAB-Produktfamilie, bestehend aus der MATLAB- und SIMULINK-Grundsoftware zusammen mit allen Erweiterungen in Form von Toolboxen und Blocksets, stellt in vielen Bereichen der Technik, Wissenschaft und Lehre das populärste Werkzeug für die analyse dynamischer Systeme und ist als zuverlässigstes numerisches Analysewerkzeug anerkannt.

Dieses Buch zeigt, wie die Toolboxen und Blocksets der MATLAB-Produktfamilie für die Simulation dynamischer Systeme aus den Gebieten der technischen Mechanik, Elektrotechnik und Regelungstechnik einzusetzen sind. Sicher können die Funktionen und Verfahren, die beschrieben sind, auch für andere Bereiche, in denen dynamische Systeme vorkommen, eingesetzt werden. Das Buch ist für Studenten der technischen Universitäten und Fachhochschulen sowie für Entwicklungsingenieure aus der Industrie gedacht.

Aus dem Inhalt:
Kapitel 1 beinhaltet die Grundlagen der MATLAB-Programmiersprache. Für die Thematik dieses Buches sind die Funktionen zur Lösung der Differentialgleichungen sehr wichtig und diese werden in Kapitel 2 beschrieben. Der Einsatz der Funktionen wird mit praktischen Beispielen begleitet, die als Grundbausteine für weitere Experimente erweitert werden können.

Kapitel 3 beschreibt die Funktionen zur Fourier-Analyse, die im Kontext dieses Buches eine wichtige Rolle spielen. Da der Umgang mit diesen Funktionen einige Erfahrung voraussetzt, sind hier auch einige theoretische Aspekte der Fourier-Transformation und ihre Annäherung über die Diskrete-Fourier-Transformation behandelt. Sie sind alle mit Programmbeispielen ergänzt, die das Verständnis erleichtern.

In Kapitel 4 ist die Simulink-Erweiterung beschrieben. Auch hier bilden die Begleitbeispiele Grundbausteine für eigene, erweiterte Versuche. Simulink-Modelle können auch ohne Programmierkenntnisse in MATLAB aufgebaut und untersucht werden. Die volle Leistung des Einsatzes von Simulink-Modellen entfaltet sich nur in Verbindung mit MATLAB-Programmen, was auch aus der Art der Beschreibung dieses Kapitels hervorgeht.

Kapitel 5 beschreibt die Funktionen der Control-System-Toolbox, die sich auf die klassischen Verfahren der Regelungstechnik für lineare Systeme beziehen. Hier wird auch das so genannte LTI-Viewer dargestellt. Es ist eine Bedienoberfläche (engl. GUI als Abkürzung für Graphik User Interface) zur Analyse und Synthese von linearen, zeitinvarianten Regelungssystemen.

Kapitel 6 beschäftigt sich mitden Funktionen der Control-System-Toolbox, die zur Entwicklung von Zustandsreglern dienen. Die Beschreibung dieser Funktionen wird wegen der Komplexität dieses Themas von einigen theoretischen Abhandlungen begleitet. Die konkreten Beispiele sollen die Angst vor dem nicht ganz einfachen mathematischen Hintergrund der Verfahren nehmen und die Möglichkeiten dieser Regler zeigen, um sie in der Praxis einzusetzen.

In Kapitel 7 ist der Blockset Nonlinear-Control-Design-Blockset beschrieben, der es ermöglicht, nichtlineare Regelungssysteme, ausgehend von Simulink-Modellen zu optimieren.

Kapitel 8 beschreibt die System-Identification-Toolbox, die zur Identifikation von linearen oder linearisierten dynamischen Systemen dient. Die Identifikation der Prozesse ist in der Praxis sehr wichtig und benötigt handwerkliches Geschick und Erfahrung, die man sich mit den Funktionen dieser Toolbox aneignen kann.

In Kapitel 9 wird die Stateflow-Erweiterung beschrieben, die die Simulation von Zustandsautomaten ermöglicht, die auch zur Steuerung von Simulink-Modellen herangezogen werden können. Es ist eine graphische Entwicklungsumgebung für die Steuerung und für die logische Überwachung von Abläufen, die auch in Simulink-Modellen nachgebildet werden können.

Kapitel 10 schließlich beschreibt die Fuzzy-Logic-Toolbox, mit deren Hilfe man Fuzzy-Regelungssysteme entwickeln kann. Es gibt inzwischen sehr viele praktische Anwendungen, in denen dieser Typ von Regelungen mit Erfolg eingesetzt wird.

Alle Kapitel dieses Buches schließen mit Projekten in Form von gelösten typischen Aufgaben, die den Inhalt des entsprechenden Kapitels exemplarisch ergänzen und abrunden. Sie können mit neuen Aufgabenstellungen leicht erweitert werden. Die Beschreibung der Funktionen in den Kapiteln ist immer von kleinen erläuterten Programmabschnitten begleitet und ähnlich sind die Blöcke der Simulink-Bibliotheken häufig mit konkreten Systemmodellen erklärt.

Die Autoren:
Josef Hoffmann und Urban Brunner sind Professoren an der Fachhochschule Karlsruhe, Hochschule für Technik. Sie setzen seit vielen Jahren mit Erfolg die MATLAB-Produktfamilie in Vorlesungen, Studien- bzw. in Diplomarbeiten und technisch-wissenschaftlichen Projekten ein.

Die Autoren freuen sich über Ihre Kritik, über Fragen und Anregungen zum Buch.